¿De dónde obtiene una partícula la energía para hacer un túnel?

Cuando se hace que una partícula se confine cada vez más en una posición particular, rompe la barrera de energía para salir debido al principio de incertidumbre. Pero, ¿de dónde obtiene la partícula la energía necesaria para hacerlo? ¿Su masa se convierte en energía?

En ese caso, considere una partícula en un pozo de potencial igual a metro C 2 dónde metro es la masa de la partícula. Luego, para pasar la barrera de energía, toda su masa debe convertirse en energía para que se satisfaga el principio de incertidumbre. Entonces, una partícula que pierde toda su masa y se transforma en energía para salir del pozo de potencial y nuevamente se transforma en una partícula. Eso es raro y creo que no es el caso.

¿Se somete a un túnel cuántico durante el proceso de escape? En ese caso, ¿de dónde viene ese aumento instantáneo de energía?

Nota: Soy un estudiante de secundaria y en mi escuela solo me presentaron la mecánica cuántica básica (solo el modelo de Bohr y los orbitales). Tal vez todo lo que pregunté aquí es una tontería. Lo siento por eso en ese caso.

Una posible analogía, que definitivamente no está relacionada con el QM real: suponga que tiene una partícula rodeada por una malla de alambre. La mayoría de las veces rebota en la malla, pero con una pequeña probabilidad podría moverse directamente a través de uno de los agujeros de la malla. O, para acercarse a QM, imagine que los agujeros de la malla varían ligeramente de forma aleatoria (con el tiempo). Ahora la partícula tiene que encontrarse con un agujero de malla justo cuando es lo suficientemente grande como para permitir que la partícula pase.

Respuestas (2)

La energía no cambia. La solución de la mecánica cuántica del problema de potencial con una barrera es tal que da una probabilidad de que cada nivel de energía específico atraviese la barrera.

En esta explicación se ve una partícula libre llegando a la barrera, y como cambian las probabilidades, pero no la energía:

tunelización

Por lo tanto, no se necesita energía adicional, pero sí mucha paciencia :), porque las probabilidades suelen ser pequeñas y uno tiene que estudiar una gran cantidad de las mismas condiciones o esperar el fenómeno.

La tunelización se ha utilizado para evaluar las desintegraciones nucleares, por ejemplo, la vida útil de la desintegración alfa del polonio :

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, lo que determina si es un túnel de partículas o no. ¿Solo probabilidad? Pero, entonces esa probabilidad debería tener un significado o interpretación física.
Sí, solo probabilidad. Es por eso que agregué la descomposición alfa, que es un proceso completamente aleatorio en el que la partícula se descompone.
Tenga en cuenta también que el ancho de la barrera solo puede ser "unas pocas" veces la longitud de onda de De Broglie de la partícula antes de que la barrera se vuelva demasiado ancha para permitir la formación de túneles.
@Kyle Kanos ¿No quiso escribir 'demasiado ancho para permitir la excavación de túneles'?
@Mockingbird, por supuesto, es un error fácil al atar

Hay más formas de ver los túneles. Una es que la energía de las partículas microscópicas no es constante, sino que fluctúa alrededor de algún valor promedio, por ejemplo, debido a las fluctuaciones del campo EM (u otros campos). De vez en cuando, la fluctuación puede suministrar suficiente energía a la partícula para escapar de la barrera de potencial.

Pero, ¿por qué la masa de una partícula no fluctúa de la misma manera? Si es así, ¿por qué observamos la misma masa para una partícula fundamental particular en cualquier parte del universo? ¿Ahí entra en juego el efecto del observador?
La masa en reposo de la partícula podría ser constante (por suposición), pero su energía cinética puede cambiar debido a fuerzas externas.
pero, ¿la fluctuación de la energía supondrá un problema para la conservación de la energía?
@ Timo, si la fluctuación se debe al campo EM, existe un teorema de trabajo y energía en la teoría EM que reemplaza la conservación de energía (la energía se conserva localmente, pero puede entrar y salir de cualquier región del espacio).
@JánLalinský, ¿eso significa que, independientemente de las limitaciones de los dispositivos de medición, nunca podremos medir la energía de una partícula con precisión?
@Timo, no lo creo, no veo ninguna limitación teórica a la precisión. Por supuesto, la precisión siempre está limitada en la práctica. Además, si la energía fluctúa, podemos medirla por un instante y después de un tiempo, el valor vuelve a ser desconocido.
@JánLalinský, pero el modelo original de tunelización cuántica realmente no considera la fluctuación del vacío, por lo que creo que la fluctuación no es necesaria para que ocurra la tunelización.
Como escribí anteriormente, hay más formas de ver los túneles. Las fluctuaciones son una forma posible de explicar la falta de conservación de la energía que aparentemente ocurre en la construcción de túneles.
@JánLalinský, ¿quiere decir que su interpretación existe de manera completamente independiente de la interpretación probabilística de QM? porque la parte del túnel es uno de los lugares más destacados donde la interpretación probabilística ortodoxa me hace sentir muy incómodo.
No, no completamente independiente. Creo que las fluctuaciones aportan algo que falta en los libros estándar de teoría cuántica: un mecanismo que explica por qué es útil la descripción probabilística.
¿De dónde obtiene una partícula la energía para hacer un túnel?
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