تونل‌ها و گذرگاه‌ها


برای کمک به آن‌ها، برندگان جایزه مفاهیم و ابزارهای تجربی را داشتند که در طول دهه‌ها توسعه یافته بودند.
به همراه نظریه نسبیت، فیزیک کوانتومی اساس چیزی است که به عنوان فیزیک مدرن شناخته می‌شود و محققان در طول قرن گذشته به بررسی آن پرداخته‌اند.

توانایی تونل‌زنی ذرات منفرد به خوبی شناخته شده است.

در سال 1928، فیزیکدان جورج گاموف متوجه شد که تونل‌زنی دلیل این است که برخی هسته‌های اتمی سنگین تمایل دارند به روشی خاص تجزیه شوند.
تعامل بین نیروها در هسته یک مانع را در اطراف آن ایجاد می‌کند که ذرات موجود در آن را در درون خود نگه می‌دارد.
با این حال، با وجود این، یک تکه کوچک از هسته اتم گاهی اوقات می‌تواند از آن جدا شده، از مانع خارج شده و فرار کند و هسته‌ای که به عنصر دیگری تبدیل شده را به جا بگذارد.
بدون تونل‌زنی، این نوع تجزیه هسته‌ای نمی‌توانست رخ دهد.

تونل‌زنی یک فرآیند مکانیک کوانتومی است.
برخی از انواع هسته‌های اتمی دارای یک مانع بلند و عریض هستند، بنابراین ممکن است زمان زیادی طول بکشد تا یک تکه از هسته خارج شود، در حالی که انواع دیگر راحت‌تر تجزیه می‌شوند.
اگر فقط به یک اتم نگاه کنیم، نمی‌توانیم پیش‌بینی کنیم که این اتفاق چه زمانی خواهد افتاد،

اما با مشاهده تجزیه تعداد زیادی از هسته‌های یک نوع، می‌توانیم زمان مورد انتظار قبل از وقوع تونل‌زنی را اندازه‌گیری کنیم. رایج‌ترین روش برای توصیف این مفهوم، مفهوم نیمه‌عمر است که به مدت زمانی اشاره دارد که برای نیمی از هسته‌های موجود در یک نمونه برای تجزیه شدن لازم است.

فیزیکدانان به سرعت متوجه شدند که آیا ممکن است نوعی تونل‌زنی که شامل بیش از یک ذره در یک زمان است، مورد بررسی قرار گیرد. یک رویکرد برای آزمایش‌های جدید از پدیده‌ای ناشی می‌شود که زمانی رخ می‌دهد که برخی مواد به شدت سرد می‌شوند.

در یک ماده رسانا معمولی،
جریان به دلیل وجود الکترون‌هایی که آزادانه می‌توانند در سراسر ماده حرکت کنند، برقرار است.
در برخی مواد، الکترون‌های منفردی که از طریق هادی عبور می‌کنند ممکن است سازماندهی شوند و رقص هماهنگی را تشکیل دهند که بدون هیچ مقاومتی جریان دارد.
این ماده به یک ابررسانا تبدیل شده و الکترون‌ها به صورت جفت‌های کوپر به هم متصل می‌شوند.
این جفت‌ها به نام لئون کوپر
نام‌گذاری شده‌اند که به همراه جان باردین و رابرت شریفر، توصیف دقیقی از نحوه کار ابررساناها ارائه کردند (جایزه نوبل فیزیک 1972).

جفت‌های کوپر به طور کامل با الکترون‌های معمولی متفاوت عمل می‌کنند.
الکترون‌ها دارای یکپارچگی زیادی هستند و دوست دارند در فاصله‌ای از یکدیگر باقی بمانند.
دو الکترون نمی‌توانند در یک مکان باشند اگر خواص یکسانی داشته باشند.
ما می‌توانیم این را در یک اتم مشاهده کنیم، جایی که الکترون‌ها خود را در سطوح انرژی مختلف تقسیم می‌کنند که به آن‌ها لایه‌ها می‌گویند.
با این حال، زمانی که الکترون‌ها در یک ابررسانا به صورت جفت به هم می‌پیوندند، کمی از فردیت خود را از دست می‌دهند؛ در حالی که دو الکترون جدا همیشه متمایز هستند، دو جفت کوپر می‌توانند دقیقاً یکسان باشند. این به این معناست که جفت‌های کوپر در یک ابررسانا می‌توانند به عنوان یک واحد واحد توصیف شوند، یک سیستم مکانیک کوانتومی واحد. در زبان مکانیک کوانتومی، آن‌ها به عنوان یک تابع موج واحد توصیف می‌شوند.
این تابع موج احتمال مشاهده سیستم در یک حالت معین و با خواص معین را توصیف می‌کند.


توضیحات جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۵

🆔 @atomicphysicsss
⚛ کانال تخصصی فیزیک اتمی