Zagadka z elektronami w roli głównej rozwikłana po wielu latach. Mechanika kwantowa znowu zaskoczyła

Tak przynajmniej było w przypadku fenomenu określanego mianem tunelowania elektronów. W jego ramach elektrony mogą przechodzić przez barierę potencjału, nawet jeśli nie mają wystarczającej energii, aby dokonać tego w konwencjonalny sposób. Do tej pory panowało jednak przekonanie, że elektrony mogą oddziaływać z jądrem dopiero po wyjściu z tunelu.

Czytaj też: Diagramy Feynmana rozpracowane! Naukowcy mówią o świętym Graalu fizyki 

W poznaniu sekretów tego zjawiska kluczową rolę odegrały eksperymenty zorganizowane przez przedstawicieli Pohang University of Science and Technology. Ci, jak wyjaśniają, byli w stanie znaleźć wskazówki na temat tego, jak zachowują się elektrony podczas przechodzenia przez tzw. ścianę atomową.

O kulisach przeprowadzonych badań czytamy na łamach Physical Review Letters, a autorzy tej publikacji zdradzają, iż kluczową rolę odegrały intensywne impulsy laserowe, które oddelegowano do indukcji tunelowania elektronów w atomach. W toku obserwacji badacze zdali sobie sprawę, że elektrony nie przechodzą po prostu przez barierę. Zamiast tego ponownie zderzają się z jądrem atomowym wewnątrz tunelu, co określono mianem UBR (ang. under-the-barrier recollision). 

Przełom w wieloletniej zagadce odnoszącej się do elektronów i tzw. bariery potencjału może zaowocować potencjalnymi korzyściami w zakresie projektowania komputerów kwantowych czy półprzewodników

Przełomowym elementem zorganizowanych badań było to, że fizycy zdobyli historyczny dowód pokazujący, iż elektrony mogą oddziaływać z jądrem jeszcze na etapie tunelowania, a nie po wyjściu z niego. Zorganizowane eksperymenty jasno pokazały, iż elektrony zyskują energię wewnątrz bariery, a następnie ponownie zderzają się z jądrem. Zarejestrowana jonizacja okazała się zdecydowanie silniejsza od obserwowanej wcześniej w ramach procesów jonizacji. Co więcej, okazała się niezależna od zmian intensywności lasera.

Czytaj też: Ani bozony, ani fermiony. Ta nieznana cząstka może wywrócić fizykę do góry nogami

Przełomowość przeprowadzonych ekspertyz jest tym większa, że członkowie zespołu badawczego jako pierwsi na świecie wyjaśnili dynamikę elektronów podczas tunelowania. W praktyce ma się to przełożyć na zwiększenie kontroli nad zachowaniem elektronów i zwiększenie wydajności technologii pokroju komputerów kwantowych, półprzewodników czy ultraszybkich laserów.