L’effetto tunnel

Nell’ultimo secolo gli studi sulla dimensione microcosmica hanno portato alla scoperta di fenomeni che sarebbero inconcepibili per l’uomo comune, abituato a avere a che fare con il mondo accessibile ai suoi sensi.
Una delle scoperte più sorprendenti con cui la meccanica quantistica ha scioccato la comunità scientifica, è quella riguardante il cosiddetto “effetto tunnel”, un effetto quanto-meccanico che permette una transizione a uno stato impedito dalla meccanica classica. Esso implica che vi è una probabilità diversa da zero che una particella riesca a attraversare spontaneamente una barriera avente energia potenziale maggiore della particella stessa.

Tale fenomeno contraddice apertamente la legge di conservazione dell’energia, caposaldo della meccanica classica, la quale esclude la possibilità che una particella possa superare un ostacolo senza avere l’energia sufficiente per farlo. E’ impossibile, infatti, come è facile immaginare, che un proiettile riesca a bucare una parete se non ha energia sufficiente per farlo.

Le ragioni di questa evidente discrepanza con i principi della meccanica classica si fondano sul fatto che la materia quantica ha proprietà sia di particella che di onda. Il concetto di funzione d’onda è un postulato fondamentale della meccanica quantistica e descrive lo stato di un sistema quantico in un determinato momento e posizione nello spazio tramite l’equazione elaborata da Schrodinger: il tunnel quantistico avviene perché vi è una soluzione di tale equazione diversa da zero in una regione proibita dalla meccanica quantistica, che corrisponde al declino esponenziale della grandezza della funzione d’onda.

Difatti, dato che le funzioni esponenziali non raggiungono mai il valore di zero, esiste sempre una piccola probabilità che la particella si trovi dall’altro lato della barriera dopo un certo tempo t.
Spesso l’effetto tunnel è anche interpretato alla luce del principio di indeterminazione di Heisenberg: l’incertezza sulla esatta posizione delle particelle fa sì che esse possano muoversi nello spazio senza bypassare la barriera di potenziale energetico.

Tale fenomeno non è solo il risultato di equazioni matematiche, ma è anche stato ampiamente dimostrato in laboratorio ed è sfruttato in vari strumenti tecnologici come i diodi tunnel, i microscopi a effetto tunnel e le memorie flash dei computer. Inoltre, fatto ancor più importante, esso consente l’irradiazione del sole e delle stelle, in quanto permette ai nuclei degli atomi presenti di avviare i processi di fusione nucleare, superando la barriera di repulsione elettromagnetica (essendo carichi positivamente, i nuclei tendono a respingersi tra loro).

Le temperature presenti all’interno delle stelle non sarebbero sufficienti a permettere ciò, mentre l’effetto tunnel fa sì che gli atomi siano in grado di scatenate reazioni a catena che creano elementi più pesanti e che liberano elevate quantità di energia, processi che sono alla base della “vita della stella”.

L’effetto tunnel è anche responsabile dei fenomeni di radioattività di tipo alfa, che caratterizzano soprattutto gli elementi chimici pesanti e instabili come l’uranio e il radio, dove una particella alfa (2 protoni + 2 neutroni) può superare le barriere di potenziale dell’attrazione nucleare, sfuggendo cosi alle forze che tengono unito il nucleo dell’atomo.

Fonti:
www.impararelafisica.altervista.org
www.scienzenoetiche.it
www.nibiru2012.it