Tunelový jev

Klasický tunelový jev, využívající evanescentní vlny pole, byl znám z Maxwellových rovnic již v 19. století. V optickém případě potenciál reprezentuje index lomu prostředí a jev je využíván v optických hranolech či vláknech. Přestože by mělo na rozhraní s prostředím s jiným indexem lomu („potenciálová bariéra“) dojít k totálnímu odrazu, dochází k průniku světla. Jde o matematicky ekvivalentní popis k pozdějšímu kvantovému popisu tunelování.

Pomocí kvantového tunelování objasnil George Gamow v roce 1928 alfa rozpad atomových jader. Z klasického hlediska jsou částice udržovány v jádře proto, že opuštění jádra vyžaduje překonání velmi vysoké potenciálové bariéry a částice by tedy k opuštění jádra (jeho rozpadu) musely mít velmi velkou energii. Z hlediska klasické fyziky je tedy k rozdělení takového systému (jádra) potřeba velmi velké množství energie. V kvantové mechanice však existuje určitá pravděpodobnost, že se částice protuneluje skrz potenciálovou bariéru a unikne z jádra. Gamow vytvořil model potenciálu jádra a určil vztah mezi poločasem rozpadu a energií částic při vyzáření.

Max Born rozpoznal, že kvantové tunelování není jev související pouze s jadernou fyzikou, ale že se jedná o obecný jev vyplývající z kvantové mechaniky, jehož projevy lze nalézt u různých systémů. S kvantovým tunelováním se dnes lze setkat např. v kosmologii, v polovodičích (např. tunelová dioda) nebo v řádkovacím tunelovém mikroskopu.

Doba, kterou potřebuje elektron k tunelovému jevu v atomu byla změřena, je menší než jedna femtosekunda.[1]

Naopak oproti tunelovému jevu může dojít k nadbariérovému jevu (odrazu). V takovémto případě dojde k tomu, že i když má částice dostatečnou energii k překonání potenciálové bariéry, tak ji nepřekoná a "odrazí" se od ní.