양자 터널 효과?

양자 터널 효과란?

양자 터널 효과란 양자 역학에서 입자가 자신의 운동에너지보다 높은 에너지 장벽을 어떤 확률을 가지고 마치 터널을 지나가듯이 빠져나가는 현상을 말한다. 고전 역학에서는 일어날 수 없는 현상으로 원자핵의 알파 붕괴나 터널 다이오드 등에서 볼 수 있다.

 

 양자 역학은 고전 역학에서 설명할 수 없는 여러 현상을 설명하는데 양자 터널 효과도 그중 하나이다. 고전 역학에서 입자는 자신이 갖는 에너지보다 높은 에너지 장벽을 넘을 수 없다.

 

원자핵을 이루는 핵자들은 핵력의 작용으로 강하게 결합되어 있는데 이것을 퍼텐셜 장벽이라 한다. 원자핵을 이루는 핵자들은 퍼텐셜 장벽이 만드는 에너지보다 작은 에너지를 가지기에 원자 밖으로 탈출하는 것이 불가능하다고 고전역학에서는 봤다.

 

그런데 양자역학에서 말하는 미시세계에서는 원자핵을 구성하는 핵자가 그것을 묶어 놓은 핵력의 퍼텐셜 장벽보다 낮은 에너지 상태에서도 확률적으로 퍼텐셜 장벽을 넘어 원자 밖으로 튀어 나가는 양자 터널 효과가 일어나는 것이다.

 

양자역학에서 입자는 파동의 성질을 가지고 있기 때문에 양자 터널 효과가 일어날 수 있다. 입자가 파동의 성질을 가지고 있어 고전적인 뉴턴 역학에서는 에너지적 측면에서 넘을 수 없는 퍼텐셜 장벽을 마치 터널을 통과하듯이 투과할 수 있는 터널 효과가 일어나는 것이다.

 

미시 세계에서 일어나는 일을 설명하는 역자 역학에서는 입자가 자신이 가진 에너지보다 더 높은 퍼텐셜 장벽을 뚫고 마치 산맥의 터널을 뚫고 지나가듯이 입자가 이동한다. 입자의 질량이 작고 퍼텐셜의 높이가 낮아져 그 폭이 얇아지면 입자가 장벽을 투과할 확률은 높아진다.