النفق الكمي
النفق الكمي هو عبور جسيم دقيق لحاجز كمون يفوق ارتفاعه الطاقة الكلية للجسيم. كلاسيكياً هذا مستحيل، لكن ميكانيكا الكم تتنبأ باحتمال محدود بفضل الطبيعة الموجية: تتخامد الدالة الموجية للجسيم أُسياً في المنطقة الممنوعة لكنها لا تختفي كلياً. يكمن التأثير وراء الاضمحلال الإشعاعي، والاندماج النووي الحراري في النجوم، وعمل الذاكرة الوميضية، والديودات النفقية، إضافة إلى نقل الإلكترونات والبروتونات في الإنزيمات الحيوية.
التاريخ
تنبأ بالظاهرة جورج غاموف عام 1928 لشرح اضمحلال ألفا للنوى. في العام نفسه اقترح الفكرة بشكل مستقل رونالد جورني وإدوارد كوندون. لاحقاً صنع ليو إساكي أول ديود نفقي (جائزة نوبل 1973).
كيف يعمل
الدالة الموجية التي تصف الجسيم منتشرة في الفضاء. عندما تصطدم بحاجز لا تنقطع فجأة بل تنفذ داخله متخامدة بسرعة. إذا كان الحاجز رقيقاً بما يكفي، يخرج جزء من الموجة إلى الخارج — أي ينفق الجسيم. يهبط احتمال النفق بشدة مع زيادة سمك الحاجز وارتفاعه. يُستخدم هذا المبدأ في المجهر النفقي الماسح: تُقرب إبرة حادة من السطح لمسافة أجزاء من النانومتر، ويعكس التيار النفقي المُقاس التضاريس الذرية.
💡 في المجهر النفقي الماسح (STM) تحوم إبرة فوق السطح على ارتفاع نحو 1 نانومتر. يتغير التيار النفقي بشكل أسي مع المسافة: تغير الفجوة بمقدار 0.1 نانومتر يغير التيار 10 أضعاف، مما يعطي دقة ذرية. أتاح المجهر النفقي الماسح لأول مرة ليس فقط «رؤية» الذرات المنفردة بل أيضاً التلاعب بها.