터널 효과

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포텐셜 장벽을 통과하는 전자를 표현한 애니메이션. 일정 확률의 전자가 장벽을 넘는다.

터널 효과(tunnel effect) 또는 터널링(tunneling)은 양자 역학에서 원자핵을 구성하는 핵자가 그것을 묶어 놓은 핵력포텐셜 장벽보다 낮은 에너지 상태에서도 확률적으로 원자 밖으로 튀어 나가는 현상을 말한다.[1]

개요[편집]

고전 역학에서 입자는 자신이 갖는 에너지 보다 준위가 높은 에너지 장벽을 넘을 수 없다.[주해 1] 원자핵을 이루는 핵자들은 핵력의 작용으로 강하게 결합되어 있다. 이를 포텐셜 장벽이라고 한다. 고전 역학에 따르면 핵자들은 포텐셜 장벽이 만드는 에너지보다 작은 에너지를 갖기 때문에 원자 밖으로 탈출하는 것이 불가능하다. 그러나, 실제로는 방사성 물질에서 알파 입자가 핵력보다 낮은 에너지 상태에서 원자핵을 벗어나는 일이 일어난다. 이러한 현상을 터널 효과라고 한다. 현대 물리학의 표준 모형에서는 빅뱅 과정에서 발생한 인플레이션 현상 역시 이러한 터널 효과 때문이라고 여기고 있다.[2]

역사[편집]

1927년에 독일의 프리드리히 훈트분자이성질체 사이의 전이를 다루기 위하여 도입하였다.[3] 이듬해 1928년에 조지 가모프[4][5] 로널드 거니(Ronald W. Gurney), 에드워드 콘던(Edward U. Condon)이[6] 터널 효과를 통해 알파 붕괴를 설명하여 터널 효과가 실재함을 증명하였다.

주해[편집]

  1. 예를 들어, 지구는 태양 주위를 공전하며 발생하는 가속도와 지구와 태양 사이에 발생하는 인력의 평형으로 안정된 궤도를 공전한다.

주석[편집]

  1. P. C. W. Davies, Quantum tunneling time
  2. 정윤근 (2007). 《우주의 이해》. 전남대학교출판부, 79쪽. ISBN 8975986349
  3. Hund, Friedrich (1927년 11월). Zur Deutung der Molekelspektren III. 《Zeitschrift für Physik》 43 (11–12): 805–826. doi:10.1007/BF01397249.
  4. Gamow, George (1928년 3월). Zur Quantentheorie des Atomkernes. 《Zeitschrift für Physik》 51 (3–4): 204–212. doi:10.1007/BF01343196.
  5. 김재용 (2009). 《환경에너지 공학》. 동화기술, 363쪽. ISBN 8942514138
  6. Ronald W. Gurney, Edward U. Condon (1928년 9월). Wave Mechanics and Radioactive Disintegration. 《[[네이처|Nature]]》 122: 439. doi:10.1038/122439a0.