Physique quantique : Effet TUNNEL

L'origine de cet effet provient de ce qu'on a appelé la dualité onde-corpuscule. À toute onde on peut associer des particules: par exemple, la lumière peut se décrire comme des ondes électromagnétiques ou se comporter comme un flux de photons, et inversement toute particule matérielle peut avoir des comportements relevant plutôt du domaine des ondes.

Imaginez une balle que vous lanciez contre un mur. Soit elle est lancée assez fort, et elle passe au dessus du mur, soit elle n'est pas lancée assez fort, et elle rebondit. La même chose existe, pour un électron essayant de sortir du métal qui le contient. Si on le lance assez fort, il franchit la barrière et retombe de l'autre côté (autrement dit, si on lui impose un champ électrique assez fort, il est capable de sortir du métal pour traverser le vide jusqu'à un autre métal ou matériau conducteur).

Mais là où une grosse différence intervient, c'est si vous ne lancez pas assez fort votre électron. A la différence d'une balle, un électron est une sorte de nuage. Un blob. Eh bien une partie de ce blob peut passer le mur tandis que l'autre va rebondir. C'est la différence avec la balle. Confronté à une barrière, un électron a donc la possibilité de se scinder en deux : une partie franchit la barrière, et l'autre non.

Mais un tel état scindé ne dure pas : un électron ne reste pas longtemps scindé, parce que les deux parties de l'électron interagissent avec le matériau dans lequel elles se trouvent. Et il se passe alors que l'une des deux parties fond, tandis que l'autre grossit : l'électron se retrouve alors entier d'un côté ou de l'autre. Il peut être passé ou pas, selon la partie qui grossit .

L'électron correspond bien aux exigences imposées par la relation de de Broglie puisque sa masse vaut 10-30 kg. Un électron se déplace de la gauche vers la droite suivant l'axe OX ou encore une onde progresse dans cette direction. L'électron rencontre une «barrière» de potentiel V0 sur laquelle il «se cogne» et il rebrousse chemin, ne pouvant pénétrer dans la barrière. Pour l'onde associée, la situation n'est pas si radicale, l'onde ne s'arrêtant pas en un point précis. Ne pouvant se propager dans la barrière, son amplitude décroît très vite sur une distance de quelques angströms. Cependant, si la barrière de potentiel est très mince (quelques angströms), l'onde, quoique d'amplitude très faible, pourra passer à travers la barrière de potentiel et se propager à nouveau dans la direction OX. C'est cette traversée de barrière de potentiel, sorte d'effet passe-muraille pour l'électron, qui représente l'effet tunnel. En quelque sorte, l'électron heurtant la barrière voit apparaître parfois devant lui comme un tunnel qui lui permet de la traverser sans que cela lui coûte de l'énergie. L'effet tunnel est élastique.

(Si on lance des électrons contre une barrière, plus la barrière est petite, plus les électrons ont de chance de passer, par effet tunnel. En fait, si on ne connait pas la hauteur de la barrière, on peut la calculer, si on connait la proportion des électrons qui la franchissent. C'est le principe du microscope à effet tunnel. Une pointe métallique est placée au dessus de l'objet à étudier. Et on balade la pointe : plus l'écart entre la pointe et l'objet est grand, moins les électrons contenus dans la pointe arrivent à passer. On arrive ainsi en baladant la pointe, à créer une image 3D de l'objet qu'on étudie !)

En gros, la partie restée en arrière du mur a la possibilité d'être "téléportée" avec l'autre. Comme si il y avait eu un tunnel dans le mur par lequel elle serait passée. Alors qu'elle n'est passée nulle part !. Ceci ne s'applique qu'à des obstacles de taille infinitésimale.

compilés de:

http://fr.encyclopedia.yahoo.com/articles/jb/jb_3337_p0.php

http://scio.free.fr/mecaq/etunnel.php3