Effet tunnel

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L'effet tunnel est une propriété des particules subatomiques (proton, électron, neutron...). Par effet tunnel, ces particules peuvent traverser des obstacles, comme un mur, a priori infranchissables selon la mécanique classique.

Au niveau atomique, c'est comme si une bille, enfermée dans une boîte, pouvait s'échapper de celle-ci sans l'ouvrir ou la déformer, bref : sans la modifier !

Autre exemple : vous subiriez l'effet tunnel si, vous appuyant contre un mur, vous passiez au travers très très rarement !

C'est un phénomène appartenant au domaine de la mécanique quantique.

Comment un objet peut-il traverser une paroi ?[modifier | modifier le wikicode]

Ce que n'est pas l'effet tunnel[modifier | modifier le wikicode]

Pour commencer, ce n'est pas parce qu'un objet traverse une paroi qu'il subit l'effet tunnel : des particules comme les électrons sont capables de traverser une feuille de papier (mais sont arrêtés par une mince épaisseur d'aluminium trop épaisse pour l'effet tunnel ) ; d'autres, comme les neutrinos, émis par le Soleil et les autres étoiles, passent à travers la Terre entière (12756 km de roches dont 5800 km de métaux en fusion) sans le moindre problème ! Il ne s'agit alors pas d'effet tunnel, car la cause est que ces neutrinos n'ont quasiment pas d'interactions avec la matière terrestre électrons et nucléons car leur seule interaction est "l'interaction faible" si faible qu'ils ne rencontrent presque jamais les électrons et noyaux atomiques.,

Effets[modifier | modifier le wikicode]

Pour visualiser correctement l'image, cliquez dessus. Représentation de la fonction d'onde d'une particule. Plus les zones sont claires, plus la particule a de chances de se trouver là.

Il faut savoir qu'en mécanique quantique, un objet n'est jamais exactement localisé, il est à la fois onde et particule. : On ne sait pas où il se trouve.

On le décrit par une onde qui alors peut pénétrer dans une barrière très forte en étant atténuée sous forme d'onde évanescente, qui alors s'atténue très vite dans la barrière pénétrée par cette onde et donc l'onde qui ressort peut être détectée très rarement sous forme de particules qui ont traversé le mur.

C'est très similaire physiquement à une onde sonore qui passe un peu à travers un mur lourd et épais d'insonorisation qui ne laisse passer que très peu de l'onde sonore.

On raisonne alors en termes de probabilités : l'objet a une certaine chance de se trouver à un endroit, mais il peut se trouver à côté, ou bien plus loin ! Pour représenter l'objet, on dessine sa fonction d'onde de particule quantique, c'est-à-dire la zone dans laquelle il a le plus de chance de se trouver. Cette probabilité est proportionnelle au carré de l'amplitude de la fonction d'onde, ici atténuée par le mur avec effet tunnel.

On voit sur l'illustration, à droite, que la partie la plus claire de la fonction d'onde semble rebondir sur la paroi (en blanc). En effet, elle a plus de chances de se heurter à cette paroi que de la traverser. Cependant, une tache très légèrement colorée, appelée onde évanescente en optique, traverse complètement l'obstacle et, très fortement atténuée, continue son chemin. L'objet a donc une légère probabilité de subir l'effet tunnel et de traverser la paroi !

Cet effet tunnel explique la radioactivité des atomes formés de nucléons dans un sac plus ou moins épais et comme l'onde évanescente des nucléons à travers l'épaisseur du sac est parfois très très atténuée, les durée de vie des atomes radioactifs sont très variables en changeant peu l'épaisseur du mur ou de la barrière tunnel du sac, passant de la nanoseconde à plus de 10 milliards d'années comme pour le Thorium.

Principe[modifier | modifier le wikicode]

Article à lire Cette partie est difficile à aborder. Pour mieux la comprendre, vous pouvez lire les articles mécanique quantique et probabilité

En cours de développement

L'idée est que l'objet soumis à l'effet tunnel est une onde atténuée par la barrière très forte, et on peut aussi le décrire comme le passage par un état virtuel d'énergie au dessus de la barrière, qui emprunte très peu de temps de l'énergie aux particules du mur et au vide de l'Univers grâce aux fluctuations de ce vide.

Dans des cas où l'énergie potentielle de l'objet est supérieure à la valeur de l'énergie de la barrière, l'objet a suffisamment d'énergie pour traverser l'obstacle sous forme de propagation de particule onde sans atténuation..

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