क्वांटम टनलिंग और बैरियर भेदन
क्वांटम टनलिंग एक कण की वह क्षमता है जिसके द्वारा वह एक संभावित अवरोध (पोटेंशियल बैरियर) से होकर गुजर सकता है, जिसे शास्त्रीय यांत्रिकी (क्लासिकल मैकेनिक्स) के अनुसार पार करना असंभव है; तरंग फलन (वेवफंक्शन) क्षय होता है लेकिन अवरोध के अंदर समाप्त नहीं होता, जिससे दूसरी तरफ उभरने की एक छोटी संभावना बनी रहती है।
Definition
क्वांटम टनलिंग एक क्वांटम कण का अपनी कुल ऊर्जा से अधिक संभावित ऊर्जा अवरोध के माध्यम से भेदन है, यह एक ऐसी घटना है जिसका कोई शास्त्रीय अनुरूप नहीं है और यह इसलिए उत्पन्न होती है क्योंकि तरंग फलन अवरोध के अंदर समाप्त होने के बजाय घातीय रूप से क्षय होता है।
Scope
यह विषय आयताकार और मनमाने एक-आयामी अवरोधों से प्रकीर्णन (स्कैटरिंग), संचरण (ट्रांसमिशन) और परावर्तन (रिफ्लेक्शन) गुणांक, अवरोध की चौड़ाई और ऊंचाई पर टनलिंग संभावना की घातीय निर्भरता, निषिद्ध क्षेत्र (फॉरबिडन रीजन) में तरंग फलन का क्षणभंगुर क्षय (इवेनेसेंट डीके), दोहरे अवरोधों के माध्यम से अनुनादी टनलिंग (रेजोनेंट टनलिंग), और चिकने अवरोधों के लिए टनलिंग दरों का WKB अनुमान शामिल करता है।
Core questions
- एक कण अपनी ऊर्जा से अधिक ऊँचे अवरोध को कैसे पार कर सकता है?
- टनलिंग होने की संभावना को क्या निर्धारित करता है?
- टनलिंग दर अवरोध की चौड़ाई और ऊंचाई पर कैसे निर्भर करती है?
- टनलिंग कब अनुनादी हो जाती है और निश्चितता के करीब पहुँच जाती है?
Key concepts
- संभावित अवरोध
- संचरण गुणांक
- क्षणभंगुर तरंग
- घातीय दमन
- अनुनादी टनलिंग
- WKB सन्निकटन
Key theories
- एक अवरोध के माध्यम से संचरण
- एक अवरोध के बाहर दोलनशील तरंग फलनों को अंदर घातीय रूप से क्षय होने वाले समाधान से मिलाना एक संचरण गुणांक देता है जो छोटा लेकिन अशून्य होता है, और अवरोध की चौड़ाई और उसकी ऊंचाई द्वारा निर्धारित क्षय दर के गुणनफल के साथ घातीय रूप से घटता जाता है।
- WKB टनलिंग अनुमान
- एक चिकने, धीरे-धीरे बदलते अवरोध के लिए टनलिंग संभावना को निषिद्ध क्षेत्र में स्थानीय क्षय दर के समाकल के ऋणात्मक दोगुने के घातांक द्वारा अनुमानित किया जाता है, यह वही सूत्र है जिसका उपयोग गैमोव ने परमाणु क्षय जीवनकाल की विशाल श्रृंखला की व्याख्या करने के लिए किया था।
Clinical relevance
टनलिंग प्रमुख प्रौद्योगिकियों और प्राकृतिक प्रक्रियाओं के पीछे का कार्यकारी सिद्धांत है: स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप टनलिंग धारा को मापकर परमाणुओं की छवियां बनाता है, टनल और अनुनादी-टनलिंग डायोड इसका उपयोग तेज इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए करते हैं, फ्लैश मेमोरी इस पर निर्भर करती है, और यह तारों में परमाणु अल्फा क्षय और संलयन को नियंत्रित करता है।
History
श्रोडिंगर समीकरण के तुरंत बाद टनलिंग को पहचाना गया; हंड ने इसे आणविक मॉडल में पाया और गैमोव ने 1928 में अल्फा क्षय की व्याख्या के लिए इसका इस्तेमाल किया, जबकि बिन्निग और रोहरर ने 1981 में इसे स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप में बदल दिया, जिसके लिए उन्हें नोबेल पुरस्कार मिला।
Key figures
- George Gamow
- Friedrich Hund
- Gerd Binnig
- Heinrich Rohrer
Related topics
Seminal works
- griffiths2018
- landau1977
Frequently asked questions
- क्या टनलिंग ऊर्जा के संरक्षण का उल्लंघन करती है?
- नहीं; कण की ऊर्जा पहले और बाद में समान रहती है, और इसके अंदर अवरोध की ऊंचाई से अधिक ऊर्जा कभी नहीं मापी जाती है। यह प्रभाव इसलिए उत्पन्न होता है क्योंकि एक क्वांटम कण की कोई निश्चित प्रक्षेपवक्र या अवरोध क्षेत्र में स्थानीयकृत रूप से परिभाषित ऊर्जा नहीं होती है।
- टनलिंग अवरोध की चौड़ाई के प्रति इतनी संवेदनशील क्यों है?
- तरंग फलन अवरोध के अंदर घातीय रूप से क्षय होता है, इसलिए संचरित आयाम चौड़ाई के साथ घातीय रूप से घटता जाता है; अवरोध की मोटाई में थोड़ी सी वृद्धि भी टनलिंग संभावना को कई गुना कम कर सकती है, यही कारण है कि स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप इतना सटीक है।