Барьер не обрывает квантовую волну
В обычной механике частица с энергией ниже высоты стенки не может пройти через неё: не хватает энергии подняться на другую сторону. В квантовой механике частица описывается волновой функцией — математическим описанием того, где её можно обнаружить. Внутри запретной области эта функция не исчезает сразу, а быстро ослабевает. Если барьер достаточно тонкий, часть волны достигает его дальнего края, и там остаётся ненулевая вероятность обнаружить частицу.
Это не означает, что частица прокладывает себе ход сквозь материал или незаметно получает дополнительную энергию. При измерении она может оказаться по другую сторону, хотя классический путь через барьер для неё был закрыт. Чем стенка шире и выше, а частица тяжелее, тем меньше вероятность такого перехода.
Как этим пользуются приборы
В сканирующем туннельном микроскопе острый металлический наконечник подводят почти вплотную к поверхности. Между ними остаётся очень узкий промежуток, через который электроны могут туннелировать. Чуть изменить расстояние — и поток электронов заметно меняется, поэтому прибор считывает рельеф поверхности с атомной точностью.
Тот же принцип важен в электронике: через тонкие изолирующие слои электроны иногда проходят даже тогда, когда слой должен был бы их удерживать. По мере уменьшения размеров деталей такой переход может стать не полезным сигналом, а утечкой тока. У туннелирования нет универсального «проходного» размера: решающей оказывается толщина барьера на масштабе частицы.
