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tùnnel, effetto-

in meccanica quantistica è il fenomeno per cui particelle subatomiche possono attraversare una barriera di potenziale di energia superiore a quella delle particelle stesse. In fisica nucleare, la barriera è dovuta alle forze nucleari e si oppone all'uscita di particelle dal nucleo quando la loro energia cinetica è inferiore al valore della barriera di potenziale. Per una particella che possegga energia cinetica inferiore all'altezza della barriera è impossibile, secondo gli schemi della fisica classica, superare quest'ultima. Ciò non è più vero nelle condizioni di applicabilità delle leggi della meccanica quantistica, in quanto, in base a queste, anche particelle di energia cinetica inferiore all'altezza della barriera hanno probabilità finita di attraversarla. Per capire come ciò possa accadere occorre pensare alle particelle non solo come corpuscoli, ma anche come onde. Il fisico francese L. de Broglie e il fisico-matematico austriaco E. Schrödinger con i loro lavori hanno dimostrato come qualsiasi ente materiale manifesti una duplice natura: ondulatoria e corpuscolare. Il modo appropriato di affrontare le situazioni legate all'effetto tunnel è quindi pensare alle particelle come onde di materia, in cui l'aspetto ondulatorio è legato all'aspetto materiale solo in senso probabilistico. Ciò equivale a dire che, se la densità di probabilità di trovare una particella al di là di una data barriera di potenziale è diversa da zero, esiste una probabilità finita che la particella possa essere effettivamente trovata oltre la barriera. In condizioni tipiche, un elettrone di energia pari a 5,1 eV che si dirige verso una barriera di potenziale di "altezza" uguale a 6,8 eV e spessore 0,75 nm ha una probabilità uguale a 4,5 10-6 (ovvero 4,5 possibilità su un milione) di oltrepassare la barriera. Per un protone (il quale ha una massa oltre mille volte superiore quella dell'elettrone) vi è una probabilità bassissima – pari a 2 10-186 – che possa oltrepassare la stessa barriera di potenziale. L'effetto tunnel è responsabile della fissione spontanea dell'uranio 238, dove l'altezza della barriera di potenziale è di 5,1 Mev e il periodo di fissione spontanea di 1016 anni. In elettronica l'effetto tunnel è utilizzato da alcuni componenti elettronici, quali, per esempio, il diodotunnel, la giunzione Josephson e i cryotron. L'effetto tunnel può essere spiegato, sempre nell'ambito della meccanica quantistica, ricorrendo al piccolissimo grado di indeterminazione esistente tra i vari livelli di energia e tempo che caratterizza gli stati oggettivi delle microparticelle ed estrinsecato nella relazione Δt∤ΔEh. Tale relazione consente temporanee violazioni del principio di conservazione dell'energia, dimostrando che è possibile prendere in prestito una certa quantità di energia (pari a ΔE) dal "nulla", purché questa venga prontamente "restituita". Ciò viene normalmente verificato nell'ambito dell'elettrodinamica quantistica con l'apparizione (dal "nulla") delle particelle virtuali. Al pari dell'elettrodinamica quantistica quindi, ove per tempi che si aggirano intorno al miliardesimo di trilionesimo di secondo un elettrone e il suo opposto di antimateria – il positrone – possono emergere improvvisamente dal nulla congiungersi e quindi svanire, nell'effetto tunnel, per tempi che si aggirano intorno al milionesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo, una "particella alfa" può prendere in prestito dal "nulla" sufficiente energia cinetica così da superare la barriera di potenziale che la tiene unita al nucleo. Tutti questi fenomeni sono possibili poiché la relazione Δt∤ΔE ≅ h indica che è possibile ottenere dal "nulla" energia secondo “l'inversa" ΔE = ht. Da quest'ultima equazione si evince come al tendere a 0 di Δt, ΔE tende all'infinito. Per tempi brevissimi quindi (ovvero per tempi con un ordine di grandezza di molto inferiori a h), è possibile ottenere dal "nulla" notevoli quantità di energia e compiere così significative dosi di lavoro. § In psicologia, effetto percettivo particolarmente studiato dallo psicologo belga A. Michotte: proiettando un oggetto in movimento su uno schermo sino a fargli raggiungere una superficie posta lungo la sua traiettoria, se si interrompe a questo punto la proiezione e si proietta, dopo un conveniente intervallo temporale, un secondo oggetto in movimento uguale al primo, che compaia all'altro estremo della superficie secondo una traiettoria in continuità con quella del primo oggetto, si ha l'impressione di vedere un unico oggetto che passa dietro la superficie. Lo stesso effetto è stato studiato anche nella modalità acustica.