Penerowongan kuantum

Artikel atau sebagian dari artikel ini mungkin diterjemahkan dari quantum tunneling di en.wikipedia.org. Isinya masih belum akurat, karena bagian yang diterjemahkan masih perlu diperhalus dan disempurnakan. Jika Anda menguasai bahasa aslinya, harap pertimbangkan untuk menelusuri referensinya dan menyempurnakan terjemahan ini. Anda juga dapat ikut bergotong royong pada ProyekWiki Perbaikan Terjemahan. (Pesan ini dapat dihapus jika terjemahan dirasa sudah cukup tepat. Lihat pula: panduan penerjemahan artikel)

Bagian dari seri artikel mengenai
Mekanika kuantum
${\displaystyle {\hat {H}}|\psi (t)\rangle =i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}|\psi (t)\rangle }$ Persamaan Schrödinger
Pengantar Glosarium Sejarah Buku teks
Latar belakang Mekanika klasik Teori kuantum lama Notasi Bra–ket Hamiltonian Interferensi
Dasar-dasar Bilangan kuantum Dekoherensi Fluktuasi kuantum Fungsi gelombang Keruntuhan fungsi gelombang Dualitas gelombang-partikel Gelombang materi Hamiltonian Interferensi Keadaan dasar Keadaan kuantum Keterkaitan Koherensi Komplementaritas Kuantum Nonlokalitas Operator Pengukuran Prinsip ketidakpastian Qubit Simetri Spin Superposisi Teleportasi kuantum Tingkat energi
Efek Efek Aharonov–Bohm Efek Casimir Efek fotolistrik Efek Stark Efek Zeeman Kuantisasi Landau Penerowongan kuantum
Eksperimen Celah ganda Davisson–Germer Elitzur–Vaidman Franck–Hertz Inekualitas Bell Inekualitas Leggett–Garg Kucing Schrödinger Mach–Zehnder Penghapus kuantum (pilihan tertunda) Popper Pilihan tertunda Wheeler Stern–Gerlach
Formulasi Garis besar Heisenberg Interaksi Matriks Ruang fase Schrödinger Sum-over-histories (path integral)
Persamaan Dirac Klein–Gordon Lippmann–Schwinger Pauli Rydberg Schrödinger
Interpretasi Garis besar Ansambel Banyak-dunia Bayesian de Broglie–Bohm Keruntuhan objektif Kopenhagen Logika kuantum Relasional Sejarah konsisten Stokastik Transaksional Variabel tersembunyi
Topik lanjutan Gravitasi kuantum Ilmu informasi kuantum Kekacauan kuantum Matriks densitas Mekanika kuantum fraksional Mekanika kuantum relativistik Mekanika statistikal kuantum Pemelajaran mesin kuantum Perhitungan kuantum Teori hamburan Teori medan kuantum
Ilmuwan Aharonov Bell Blackett Bloch Bohm Bohr Born Bose de Broglie Candlin Compton Dirac Davisson Debye Ehrenfest Einstein Everett Fock Fermi Feynman Glauber Gutzwiller Heisenberg Hilbert Jordan Kramers Pauli Lamb Landau Laue Moseley Millikan Onnes Planck Rabi Raman Rydberg Schrödinger Sommerfeld von Neumann Weyl Wien Wigner Zeeman Zeilinger Goudsmit Uhlenbeck Yang
Kategori Mekanika kuantum
l b s

Dalam mekanika kuantum, penerowongan kuantum merupakan salah satu fenomena berskala nano dimana sebuah partikel melanggar asas mekanika klasik dengan menembus melanggar perintang potensial maupun impedansi yang lebih tinggi dari energi kinetisnya partikel.^[1] Penghalang, bila dipandang dari segi penerowongan kuantum, merupakan sebentuk analog aras energi ke sebuah "bukit" atau kemiringan dalam mekanika klasik, yang secara sederhana menunjukkan bahwa mustahil membuat terusan yang melalui atau melintasi sebuah penghalang tanpa keberadaan energi kinetik yang cukup.

Pada skala kuantum, berbagai objek menunjukkan perilaku bak-gelombang; dalam teori kuantum, kuanta yang geraknya berlawanan dengan sebuah ”bukit” energi potensial bisa dideskripsikan oleh fungsi gelombang mereka, yang mewakili amplitudo probabilitasnya penemuan partikel itu di lokasi tertentu pada salah satu sisi “bukit”. Jika fungsi ini menjelaskan partikel berada di salah satu sisi “bukit”, maka terdapat kemungkinan partikel itu telah bergerak “melalui”, bukannya “melintasi” bukit, dan dengan begitu “membentuk terowongan”.

Pada 1928, George Gamow membuat teori peluruhan alfanya sebuah inti atom melalui penerowongan. Menurut teori itu, partikel terkurung di inti atom karena dibutuhkan energi yang tinggi untuk melarikan diri dari potensial yang sangat kuat. Di bawah sistem ini, pemisahan inti atom menghabiskan energi dalam jumlah yang amat banyak. Namun dalam mekanika kuantum, ada kemungkinan bahwa partikel bisa menembus potensial dan melarikan diri. Gamow membuat sebuah potensial model untuk inti atom dan menjelaskan hubungan antara waktu paruhnya partikel dengan energi emisi/pancaran.

Peluruhan alfa melalui penerowongan juga diteliti oleh Ronald Gurney dan Edward Condon. Tak lama kemudian, kedua kelompok itu meneliti apakah partikel juga bisa menembus “ke dalam” inti atom.

Setelah menghadiri sebuah seminarnya Gamow, Max Born mengakui adanya penerowongan mekanika kuantum. Ia menyadari bahwa fenomena penerowongan tidak hanya berlaku di fisika nuklir, tapi merupakan salah satu akibat umum dari mekanikan kuantum yang diterapkan ke berbagai sistem. Saat ini teori penerowongan bahkan diaplikasikan ke kosmologinya alam semesta.^[2]

Kemudian penerowongan kuantum diterapkan ke berbagai situasi lain, seperti pancaran medannya elektron, dan mungkin yang paling penting adalah fisika semikonduktor dan superkonduktivitas. Fenomena seperti pancaran medan, yang penting bagi memori flash, dijelaskan oleh penorowongan kuantum. Penerowongan merupakan salah satu sumbernya kebocoran arus yang utama dalam elektronika VLSI, dan mengakibatkan habisnya tenaga serta efek pemanasan yang mengganggu teknologi kecepatan tinggi dan bergerak (mobile).

Penerapan utama yang lain adalah dalam mikroskop penerowongan elektron yang digunakan untuk mengamati berbagai objek yang terlalu kecil untuk dilihat dengan mikroskop konvensional. Mikroskop ini mampu mengatasi sejumlah keterbatasan mikroskop konvensional (batas panjang gelombang, aberasi optik) dengan memindai permukaan sebuah objek dengan penerowongan elektron.

Penerowongan kuantum juga menjadi mekanisme yang digunakan enzim untuk meningkatkan laju reaksi. Sudah terbukti bahwa enzim menggunakan penerowongan untuk menghantarkan elektron dan nukleus seperti hidrogen dan deuterium. Dalam enzim glukosa oksidase, inti oksigen mampu menciptakan terowongan di dalam sejumlah kondisi fisiologis.^[3]

• Dalam The Simpsons episode “Future-Drama”, Homer dan Bart berkendara melalui sebuah gunung, dan gunung itu bernama “Quantum tunnel.”
• Dalam film seri fiksi ilmiah Sliders, para karakter utama melakukan perjalanan ke dunia paralel dengan mempergunakan “penerowongan kuantum” melalui sebuah lubang cacing.
• Dalam video game Supreme Commander, human menggunakan penerowongan kuantum sebagai alat teleportasi untuk mengkolonisasi berbagai planet.
• Dalam novel Timeline karya Michael Crichton, para karakter menggunakan penerowongan kuantum sebagai alat untuk melakukan uji coba perjalanan waktu.

• Razavy, Mohsen (2003). Quantum Theory of Tunneling. World Scientific. ISBN 981-238-019-1. 
• Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X. 
• Liboff, Richard L. (2002). Introductory Quantum Mechanics. Addison-Wesley. ISBN 0-8053-8714-5. 
• Vilenkin, Alexander (2003). "Particle creation in a tunneling universe". Phys.Rev. D. 68: 023520. doi:10.1103/PhysRevD.68.023520.