史上初めて、物理学者は量子トンネリングを通じて粒子が形成されるのを見ました: ScienceAlert

化学は努力が必要です。 温度を上げたり、一致する原子が高温衝突で衝突する確率を上げたり、圧力を上げてそれらを押しつぶしたりすることによって、分子を構築するには通常、一定のエネルギーコストが必要です。

辛抱強く待っていれば、量子論が解決策を提供してくれます。 オーストリアのインスブルック大学の研究者チームは、重水素イオンと水素分子の融合を測定する世界初の実験で、ついに量子トンネリングの動作を確認しました。

トンネルは量子宇宙の不思議であり、粒子が通常は克服するのが難しい障害を通り抜けることができるかのように見えます。

化学では、この障害は、原子が相互に、または既存の分子と通信するために必要なエネルギーです。

しかし理論によると、非常にまれなケースでは、近くにある原子がこのエネルギー障壁を通り抜けて「トンネリング」し、何の努力もせずに結合する可能性があります。

「量子力学は、粒子がその量子力学的波動特性のためにエネルギー障壁を突破することを可能にし、相互作用が起こります。」 彼は言う 筆頭著者の Robert Wilde は、インスブルック大学の実験物理学者です。

量子波は、電子、光子、さらには原子グループ全体などの動作を駆動するゴーストであり、観測前にそれらの存在をぼやけさせるため、特定の場所に座っているのではなく、可能な位置の連続体を占めています.

この減光は、粒子、猫、銀河などのより大きなオブジェクトでは重要ではありません。 しかし、個々の亜原子粒子にズームインすると、可能性の範囲が広がり、さまざまな量子波のサイト状態が重なり合うことになります。

その場合、パーティクルは、作業のない場所に飛び出したり、入るのに大きな力が必要な領域にトンネリングしたりする可能性はほとんどありません。

電子のこれらの領域の 1 つは、化学反応の結合領域内にある可能性があります。そこでは、熱や圧力を突破することなく、隣接する原子や分子を結合します。

分子の構築と再配置において量子トンネリングが果たす役割を理解することは、ここ地球上の星や核融合炉の水素を含む核反応のエネルギー放出の計算に重要な意味を持つ可能性があります。

その間 この現象をモデル化しました たとえば、負に帯電した形の重水素 (中性子を含む水素の同位体) と二水素、つまり H₂数値を実験的に証明するには、難しいレベルの精度が必要です。

これを達成するために、ワイルドと彼の同僚は、水素分子でできたガスを導入する前に、負の重水素イオンを停止に近づける温度まで冷却しました。

熱がなければ、重水素イオンが水素分子に原子の再配列を強制するのに必要なエネルギーを得る確率ははるかに低かった。 ただし、粒子同士が静かに接近することも強制され、トンネルを通過する時間が長くなりました。

「私たちの実験では、トラップ内の潜在的な反応を約15分間与えてから、形成された水素イオンの量を決定します。その数から、反応が起こる頻度を推測できます。」 ワイルドが説明する.

この数は 5 x 10 をわずかに上回ります^-20 1 立方センチメートルあたりに発生する 1 秒あたりの反応、または 1,000 億回の衝突あたり約 1 つのトンネリング イベント。 それほど多くはありません。 この経験は以前のモデリングをサポートしていますが、他の場所で予測に使用できる基準を確認しています。

トンネルはさまざまな核反応や化学反応においてかなり重要な役割を果たしており、その多くは宇宙の冷たい深さでも発生する可能性が高いため、作用する要因を細かく把握することで、支配するためのより強固な基盤が得られます. 私たちの期待はオンです。

この研究は、 自然.