Riprendo gli argomenti trattati in una mia precedente serie dedicata all'informatica quantistica, nella quale sono stati introdotti i principi della fisica quantistica alla base degli attuali sviluppi dell'informatica quantistica.

In questa serie avremo modo di conoscere un interessante fenomeno della fisica quantistica, predetto teoricamente e poi verificato sperimentalmente con la costruzione di dispositivi elettronici funzionanti, che sfruttavano tale fenomeno. Si tratta dell'effetto tunnel, ed è uno dei fenomeni più misteriosi fra quelli osservabili e spiegabile solamente con la teoria quantistica.

Immaginiamo di avere un elettrone, con energia di W joule confinato in una zona con energia potenziale nulla, U=0 come nella figura seguente:

In x=0 c'è una regione a potenziale più elevato, diciamo Uo, maggiore di W (Uo>W). E' del tutto assodato che, per i canoni della fisica classica, l'elettrone non potrà mai passare nella seconda regione, in quanto per poterlo fare dovrebbe possedere un'energia W almeno uguale all'altezza della barriera di energia potenziale, Uo. Se l'elettrone avesse un'energia W maggiore di Uo, allora potrebbe muoversi liberamente tra le due regioni. In caso contrario esso è destinato a rimanere confinato nella regione 1, quella di energia potenziale più bassa.

Applicando però i principi della meccanica quantistica, otteniamo un risultato differente. Senza entrare in dettagli matematici, che appesantirebbero inutilmente l'esposizione, basta dire che applicando l'equazione di Schrödinger, si ottiene un risultato molto interessante.

Tale equazione, detta anche funzione d'onda (cui si è già accennato) fornisce, risolta in maniera opportuna, la probabilità di trovare l'elettrone in una determinata regione spaziale. Per essere precisi, il modulo quadro di tale funzione fornisce una densità di probabilità; la funzione è una funzione complessa nelle coordinate spazio-tempo e rappresenta una ampiezza di probabilità, non una probabilità di per sé.

Risolvendo l'equazione di Schrödinger per la regione 1, si ottiene il risultato che l'elettrone ha eguale probabilità di trovarsi in qualunque punto di tale regione e può spostarsi al suo interno liberamente.

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