Ο ρυθμός με τον οποίο συμβαίνει το σπάνιο αλλά κρίσιμο κβαντικό φαινόμενο γνωστό ως «σήραγγα» μετρήθηκε πειραματικά για πρώτη φορά και βρέθηκε ότι ταιριάζει με τους θεωρητικούς υπολογισμούς. Οι θεωρητικές εκτιμήσεις σε αυτόν τον τομέα είχαν θεωρηθεί ως εξαιρετικά αβέβαιες, επομένως η επαλήθευση, αποτελεί επιβεβαίωση στην εκτίμηση της συχνότητας άλλων γεγονότων διάνοιξης σήραγγας.
Η κβαντική σήραγγα είναι ένα από τα πολλά φαινόμενα όπου τα υποατομικά σωματίδια συμπεριφέρονται με τρόπους που η κλασική φυσική θα έλεγε ότι είναι αδύνατο. Σε αυτή την περίπτωση, ένα αντικείμενο παγιδευμένο, διαφύγει τελικά από την παγίδα, παρόλο που έχει μικρότερη ποσότητα ενέργειας από αυτή που απαιτέιται.
Είναι συνέπεια και απόδειξη της διπλής κυματικής/σωματιδιακής φύσης αντικειμένων όπως τα ηλεκτρόνια – ένα καθαρό σωματίδιο δεν μπορούσε να διαφύγει, αλλά ένα κύμα περιστασιακά μπορεί. Φαινόμενα όπως η διάσπαση άλφα των ατομικών πυρήνων εξαρτώνται από την κβαντική διάνοιξη σήραγγας.
Η δημιουργία σήραγγας είναι απαραίτητη για την κβαντική φυσική και οι υπολογισμοί που βασίζονται σε απλά παραδείγματα διδάσκονται σε προπτυχιακά μαθήματα. Ωστόσο, τα παραδείγματα του πραγματικού κόσμου είναι πολύ πιο περίπλοκα. Η γνώση της δημιουργίας σήραγγας θα συμβεί περιστασιακά σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Σε μια νέα εργασία, μια ομάδα στο Universität Innsbruck παρέχει το πρώτο μέτρο της αντίδρασης μεταξύ ενός μορίου υδρογόνου και ενός ανιόντος δευτερίου, βρίσκοντας ότι είναι η πιο αργή αντίδραση που περιλαμβάνει φορτισμένα σωματίδια που έχει παρατηρηθεί ποτέ.
Η αντίδραση (H2 + D− → H− + HD) περιλαμβάνει μια μετατόπιση μεταξύ ενός μορίου δύο ατόμων υδρογόνου – πρωτόνια χωρίς νετρόνια– και ενός ατόμου που αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο σε τροχιά γύρω από δύο ηλεκτρόνια. Αφού συμβεί η σήραγγα, ένα από τα συστατικά του μορίου έχει ένα νετρόνιο, ενώ το μη συνδεδεμένο άτομο, που εξακολουθεί να είναι αρνητικά φορτισμένο, είναι χωρίς νετρόνια. Αν και φαίνεται ότι έχει μεταφερθεί ένα νετρόνιο, η αντίδραση θεωρείται ότι αντιπροσωπεύει την ανταλλαγή πρωτονίων.
Δεδομένου ότι το υδρογόνο εξακολουθεί να αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος, γεγονότα όπως αυτό που δεν απαιτούν παλαιότερα στοιχεία συμβαίνουν πολύ συχνά σε κοσμική κλίμακα, παρά το γεγονός ότι οι πιθανότητες σε οποιαδήποτε συγκεκριμένη συνάντηση μεταξύ υδρογόνου και δευτερίου είναι μικρές. Επιπλέον, εάν θέλουμε να έχουμε οποιαδήποτε ελπίδα να μοντελοποιήσουμε πιο περίπλοκα γεγονότα σήραγγας, πρέπει να στηρίζουμε τις εκτιμήσεις μας με μέτρα απλούστερων παραδειγμάτων όπως αυτό.
Η ομάδα του Ίνσμπρουκ δοκίμασε το ρυθμό εμφάνισης πειραματικά γεμίζοντας μια παγίδα με ένα μείγμα ιόντων δευτερίου ψυχθέντων στους 10 K (-263°C/-441°F) (θερμασμένο από συγκρούσεις στους 15 K) και αέριο υδρογόνο. Σε αυτές τις θερμοκρασίες η μεταφορά είναι κλασικά αδύνατη, αλλά η παρουσία αρνητικά φορτισμένων ιόντων υδρογόνου μετά από 15 λεπτά έδειξε ότι είχε συμβεί, αν και όχι συχνά.
Ο ρυθμός μετριέται σε κυβικά εκατοστά ανά δευτερόλεπτο, δίνοντας μια τιμή 5,2 × 10−20 κυβικά εκατοστά ανά δευτερόλεπτο, με περιθώριο σφάλματος γύρω στο ένα τρίτο, το οποίο είναι απίθανο να σημαίνει πολλά για κανέναν άλλο εκτός από έναν κβαντικό φυσικό.
Μεταφράζεται, ωστόσο, ότι η μεταφορά λαμβάνει χώρα μία στις εκατό δισεκατομμύρια φορές που ένα ανιόν δευτερίου συγκρούεται με ένα μόριο υδρογόνου. Αυτό μπορεί να φαίνεται πολύ σπάνιο για να ανησυχείτε, αλλά ακόμη και ένα μικρό κομμάτι αερίου περιέχει πολλά δισεκατομμύρια μόρια. Προσθέστε αρκετό δευτέριο και ο αριθμός των συγκρούσεων γίνεται τεράστιος.
Η μέτρηση του ρυθμού «απαιτεί ένα πείραμα που επιτρέπει πολύ ακριβείς μετρήσεις και μπορεί ακόμα να περιγραφεί κβαντομηχανικά», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας καθηγητής Roland Wester σε μια δήλωση. Η ιδέα για το πείραμα ήρθε στον Wester πριν από 15 χρόνια, αλλά η διάνοιξη της σήραγγας είναι τόσο σπάνια που χρειάστηκε σημαντική προσπάθεια για να κατασκευαστεί ένα πείραμα όπου θα μπορούσε να μετρηθεί.
