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Tunneleffect
Darstellung der Wellenfunktion für ein Teilchen, das sich von links einer Potentialbarriere nähert. Da die Wellenfunktion innerhalb der Barriere nicht null wird, solange das Potential nicht gegen unendlich geht, besteht eine geringe Chance, dass ein einfallendes Teilchen nicht reflektiert, sondern die Barriere passiert.
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Tunneleffekt oder Tunnelbau ist die Wirkung in der Quantenmechanik wo ein Teilchen durch a . geht potenzielle Barriere wenn es (klassisch) nicht genug Energie hat, um die Barriere zu überwinden. Dies wird als Tunneleffekt bezeichnet, da die Energiebarriere (ein Bereich mit einem höheren Potenzial als der umgebende Raum) kann man sich als hoher Berg vorstellen. Das Teilchen, das zu wenig Energie hat, um über den Berg zu kommen, geht sozusagen durch einen Tunnel auf die andere Seite.

Die Ursache des Tunnelns ist die Tatsache, dass die Wellenfunktion nicht null ist 'innerhalb' der Energiebarriere, sondern wird nur (sehr) klein. Infolgedessen besteht eine geringe Chance, dass ein ankommendes Teilchen nicht reflektiert wird, sondern die Barriere passiert.

Der Tunneleffekt wird auf verschiedene Weise beobachtet und angewendet:

  • So kann Alphateilchen (zwei Neutronen und zwei Protonen) können nur so der starken Kraft im Atomkern entkommen. Das macht die Alphastrahlung in radioaktiven Stoffen (Alphazerfall).
  • Der Betrieb des Tunneldiode basiert auf dem Tunneleffekt.
  • Rastertunnelmikroskopie nutzt den durch Nadel und Objekt fließenden Strom, wenn sich die Wellenfunktionen von Nadel und Objekt überlappen. Durch die sehr starke Abhängigkeit von Stromstärke und Entfernung kann ein sehr detailliertes Bild einer Oberfläche erstellt werden.

Für eine Lösung der Schrödinger-Gleichung um den Tunneleffekt zu berechnen, siehe den Artikel Impulsoperator.

Ein klassisches Analogon des Tunneleffekts ist der frustrierte Totalreflexion aus Wellenoptik.

Siehe auch