A propos de l'effet tunnel.

L'étude des phénomènes naturels...

Modérateur : Modérateurs

protagoras

A propos de l'effet tunnel.

Message par protagoras » 23/05/2020 - 18:14:02

Bonjour,».
Préliminaires.
On sait que deux particules porteuses d’une même charge électrique de même signe se repoussent.
Par exemple, si deux protons de charge électrique +1 se rapprochent, ils vont se repousser.
Cela provient de l’existence d’un « barrière de potentiel » qui s’opposent à ce qu’ils se réunissent.
Mais plus ces protons sont animés d’une grande vitesse, et plus ils se rapprochent. Précisons bien que dire qu’un proton est animé d’une certaine vitesse, cela revient au même de dire qu’il est plus ou moins chaud, car vitesse et température sont synonymes. (On peut dire en gros qu’un thermomètre est un anémomètre)
Mais on sait que deux protons peuvent « s’agglutiner » pour former un noyau d’hélium. C’est le phénomène de fusion nucléaire appelé « nucléosynthèse ».
Pour que cette fusion se produise, il faut que leur température soit de l’ordre de plusieurs centaines de millions de degrés.
Puisque la fusion de deux protons dans le soleil produit un noyau d’hélium, on en pourrait déduire que la température au cœur du soleil avoisine cette énorme température.
Or, il n’en est rien ! La température au cœur du soleil est seulement d’une quinzaine de millions de degrés et pourtant la fusion proton + proton donne de l’hélium !
Comment peut-il alors y avoir nucléosynthèse de l’hélium dans le soleil ?
La réponse est : Par effet tunnel !

L’effet tunnel.
Une des équations célèbres en mécanique quantique est assurément l’équation de Schrödinger : ih∂|Ψ>/∂t = H|Ψ> qui décrit l’évolution de l’énergie d’un système quantique en fonction du temps.
Sa solution est la « fonction d’onde » Ψ.
Cette fonction est une fonction complexe au sens de la théorie des nombres complexes. La présence de l’unité imaginaire i le montre bien.
C’est une fonction dont l’amplitude permet de calculer la probabilité de présence d’une particule à un endroit E et au temps t.
On montre que cette fonction d’onde ne s’annule pas au delà de la barrière de potentiel évoquée ci-dessus. Cela signifie qu’il existe une probabilité non nulle pour que le proton franchisse cette barrière;
Tel est l’effet tunnel qui permet la nucléosynthèse de l’hélium dans le soleil..

Vous vous doutez bien que j’ai archi-simplifié l’exposé mais je crois avoir quand même donné un aperçu de ce qu’est l’effet tunnel.
Bien sûr, reste la question : Comment peut-il se faire que les deux protons du noyau de l’hélium et, plus généralement, les protons des autres noyaux plus complexes ne se repoussent pas ?
La réponse est dans le fait que ces protons restent confinés dans le noyau par les mésons π appelés aussi « pions ». Mais ceci est une autre histoire …
Merci de votre attention.

Répondre