#物質波是什麼 ❓
#溫故知新 📖
8月15日是法國物理學家 #德布羅意(Louis Victor de Broglie)的誕辰紀念,德布羅意獻給世人的最大貢獻就是提出「#物質波」的概念。
20世紀初量子力學蓬勃發展的時候,科學家好不容易證明了光具有「#波粒二象性」。當時,德布羅意基於自己對量子理論的研究,認為所有粒子都應該要符合「波粒二象性」。此理論被後續的科學家戴維森(Clinton Davisson)與革末(Lester Germer)證實,發現電子也和光一樣可以產生 #繞射圖案,也說明了粒子的波動性質。
物質波為什麼重要呢?其中一個原因是,微觀尺度下,像電子這樣的微小粒子,在遇到能量更高的障壁時,並不會被完全阻擋。只要障壁的能量不是無窮高,障壁的厚度也不是無窮厚。粒子就有機率可以穿透這道障蔽,這就是所謂的「#量子穿隧效應」(Quantum Tunneling Effect)。
量子穿隧效應可以被應用於精密觀察物體表面奈米結構的「#掃描穿隧顯微鏡」(scanning tunneling microscope, STM)。2016年中研院物理所莊天明團隊,就運用團隊自行研發與設計的 STM 系統,確認了層狀材料 PbTaSe2 具有形成拓樸超導的關鍵性質。
詳細內容請見全文:
https://research.sinica.edu.tw/chuang-tien-ming-stm/
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穿隧效應機率 在 余海峯 David . 物理喵 phycat Facebook 的最讚貼文
【科普文分享】澳物理學家首次成功測量量子穿隧時間/還在學習 - Edward Ho
//無論你將球擲向牆身多少次,球一樣會反彈回來。不過更微觀的量子世界,則是另一番景像。即使粒子衝向障礙,它們仍有機會抵達到另一邊。量子物理學家稱此現象為量子穿隧效應 (Quantum tunnelling effect)。
粒子可以穿過障礙是一回事,但需要花費多少時間呢?澳洲格里菲斯大學 (Griffith University) 量子物理學家 Igor Litvinyuk 及 Robert Sang 就用了三年時間,嘗試測量量子穿隧效應用到的時間。
在眾多元素中,他們選擇以氫原子 (atomic hydrogen) 作研究對象。透過量度極短頻光束數據,他們成功測量電子從氫原子中流離或走脫,以及穿隧延遲 (quantum delay) 的時間。他們發現粒子可在瞬間穿透障礙——有部份沒有參與研究的人甚至推論,粒子穿隧效應是否超越了光速。
不過,事實並非如此。《福布斯》專欄作家、天體物理學家 Ethan Siegel 解釋,雖然粒子穿越速度甚高,但其實仍比光速慢。他指出,量子世界的粒子活動不如經典物理世界般可被預測。假設你將粒子放在平面上,過一段時間再想找出其位置的話,礙於其不可測特性,現時無法透過移動速度和時間計算出實際位置,最多只可以機率解釋量子粒子活動。實際粒子的活動在未量度前都是機率,需在量度一刻才可肯定。另外,「粒子」本身也不是一顆顆般存在,而是類似波動般存在。
粒子轉移速度,會被障礙厚度、大小或其他未知的物理特性限制,也就是說轉移速度會在光速之下。在今次研究中,研究人員就透過光子量度電子轉移速度。他們發現在短短 1.8 原秒 (attoseconds) ,電子就穿越了障礙。相比之下,電子圍繞原子核一圈則需百多原秒。而在粒子穿隧過程中,假設只量度前段光束頻率,那就會出現「快過光速」的錯覺。然而,只要將所有光子也計算在內的話,其實電子根本沒快過光速。
今次研究首次在排除其他物理因素下,測量到單一粒子量子穿隧所需時間。實驗也同時反映在穿隧過程不會出現延遲時間,發現有助日後研發量子限制電晶體 (quantum-limited transitor) 。//
穿隧效應機率 在 左撇子的電影博物館 Facebook 的精選貼文
好奇問一下,
有沒有看《蟻人》跟我一樣,想到的是「穿隧效應」啊?
長知識時間:
什麼是「穿隧效應」?
想像你把一顆球丟向牆壁,丟幾次就彈回幾次。
但是你把球縮小到很小很小的時候,
這時候把球丟向牆壁,有可能球就會穿過去喔!
物體小到某一個程度的時候,會有各種不同於我們所認識的(古典)物理現象,這些討論都稱為量子物理。
穿隧效應:
如果小到某一種程度的時候,粒子可能會出現波動性,有一定「機率」穿過能量壁。
就是這種「機率」的概念,讓持相反意見的愛因斯坦說,“上帝不會丟骰子”這句常常被我們拿來誤用的話。(我們每次都把愛因斯坦話亂用,然後貼上他的頭,就好像權威一樣XD)
*******
有雷的劇情討論:
所以蟻人小到一定程度的時候,他就不用練習穿過鑰匙孔了,他會直接穿隧過門板,身為電機碩士阿宅的蟻人當然有想過這可能性,所以皮姆博士有跟他說不知道小到這程度會怎麼樣。
電影的最後證明,小到這種程度是可以的喔!!
那以後任何的牆都擋住不住他了,復仇者聯盟最強神偷誕生!
只是他也有一定機率會撞上牆。
至於這個量子危機該怎麼解,我想只有龐德才知道了。
延伸閱讀:
五件事讓你的「蟻人」更好看:
mike0123783.pixnet.net/blog/post/42367588
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哈利波特穿越9又3/4月台這件事情其實很好理解它既不是魔法,也不是甚麼妖術,而是純粹的物理學:量子 穿隧效應...這個年代不懂量子物理的人才叫麻瓜。 ... <看更多>
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穿隧效應機率 在 [題目] 估算量子穿隧效應的機率- 看板Physics - 批踢踢實業坊 的推薦與評價
[領域] (題目相關領域)
現代物理
[來源] (課本習題、考古題、參考書...)
Modern Physics 3rd edition by Serway
[題目]
請預估一顆球以0.8m/s在鞋盒內來回滾動,穿過盒子到達外面的機率為多少?
Keeping constant speed 0.8m/s, a marble rolls back and forth inside a shoebox.
Make an order-of-magnitude estimate of the probability of its escaping through
the wall of the box by quantum tunneling. State the quantities you take as
data and the values you measure or estimate for them.
[瓶頸] (寫寫自己的想法,方便大家為你解答)
小弟不太知道從何下手
小弟目前想的是以球的動能當成E,然後變可推算在盒內時的k
但是鞋盒如何用位能U來表示,以及穿出鞋盒外的k'就是小弟遇到的瓶頸
(其實小弟也不太確定上面是不是正確的估算方向)
希望各位版上的先進能稍為指點迷津
感激不盡
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