トンネル効果

小さいボールと大きいボールが衝突した時、トンネル効果がありうるのは小さいボールだけですか？(小さいボールは大きいボールをすり抜けられるので)それとも違いますか？確率がかぎりなく低いのは承知しての質問です。レポートの参考にしたいので回答お願いします。




これは、粒子の波動関数がポテンシャル障壁の反対側まで染み出してしまうことによる。量子力学では粒子は同時に波としても扱われる。波であれば、壁の向う側にも回折によって届くのである。壁の向こう側にボールを投げることはできなくても、壁の向こう側に声を届かせることはできる。これは声は音波という波だからである。だから粒子を波と見なせる場合、粒子もまた壁を越えることができる。

普通は、壁の高さ以上に投げることができないボールを、壁の向こうに投げることは不可能である。これはトンネル効果が、「ポテンシャル障壁を越えるのは何%」という確率で表されるものだからである。ボールが壁を越えるには、ボールを構成する何億、何兆という素粒子が、全てポテンシャル障壁を越えることが必要である。その確率はゼロでないがゼロに近い。

質問者からの補足コメント

• 原子同士を素粒子レベルのひもでくっつけて、原子同士をひもでつないだら(同じ物質として)くっつけたらつないだ原子同士を衝突させてもトンネル効果は起こらないですか？ひもがあるので。

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2016/01/16 22:52

No.1 ベストアンサー 回答者： ngkdddjkk 回答日時： 2016/01/15 21:48

固体などの縮退したエネルギー準位をもつものはエネルギーの箱に最外殻電子が閉じ込められています。

その中に自由電子があります。

simmons,journal of applied physics,vol.34,no.6,1963
あたりにトンネルの詳しいことが書かれてます。

あくまで固体などではなく波動関数として記述される素粒子がトンネリングするのです。
トンネルは、本来越えられないはずの「エネルギー障壁」をすり抜けるという意味です。固体などのマクロな系になるとその障壁が大きすぎて「障壁をすり抜ける波動関数の染み出した部分」の重なりがなくなることを意味します(文字通りトンネルが狭すぎて通れない)。また、原子核に束縛された電子もトンネルはできません。トンネリングするのは「自由電子」です。

α崩壊などは、ボーズ粒子であるグルーオンにより陽子、中性子が束縛されているため、障壁を形成しているところから話が始まります。束縛されている陽子、中性子は障壁(引き離すために必要なエネルギー障壁)を、取りうるエネルギー準位に波動関数の抜け道「トンネル」が存在するため、確率的にトンネリングして崩壊を起こすわけです。

トンネリングした先に自分の居場所がなければトンネルできないのです。
そのボールの大きさとはどんなものなのか？相互作用するものなのか？ボールは剛体か？その辺の条件がないですよね。
レポートならば、「物質波」あたりで、重いと波長が短いから波動性よりも粒子性が強いなど考察することはたくさんあります。

色々参考にしてください。

No.2 回答者： puyo3155 回答日時： 2016/01/16 15:04

トンネル効果とは、古典的には超えられないはずのエネルギーの障壁を、量子力学的な効果によて乗り越える現象のこと。

障壁ということで、壁をすり抜けるイメージを、ボールが壁を超えずに、すり拔ける例え話で説明されることはたしかにあります。その延長上のボールすり抜け・・・の質問かと思いますが、障壁を乗り越えることと、物理的な壁や、マクロな物質をすり抜けることは、単なる例え話で、別問題かと・・・・