تونل‌زنی پروتون تونل زنی پروتون نوعی تونل زنی کوانتومی است که | Quantum Physics
تونل‌زنی پروتون
تونل زنی پروتون نوعی تونل زنی کوانتومی است که شامل ناپدید شدن آنی یک پروتون در یک مکان و ظاهر شدن همان پروتون در محل مجاور جدا شده توسط یک مانع بالقوه است. دو سایت موجود توسط یک پتانسیل چاه مضاعف محدود می شوند که شکل، عرض و ارتفاع آن توسط مجموعه ای از شرایط مرزی تعیین می شود. با توجه به تقریب WKB، احتمال تونل شدن یک ذره با جرم آن و عرض مانع پتانسیل نسبت معکوس دارد. تونل زنی الکترونی به خوبی شناخته شده است. یک پروتون حدود 2000 برابر جرم تر از یک الکترون است، بنابراین احتمال تونل زدن آن بسیار کمتر است. با این حال، تونل زنی پروتون هنوز هم به خصوص در دماهای پایین و فشارهای بالا که در آن عرض مانع پتانسیل کاهش می یابد، رخ می دهد.
تونل زنی پروتون معمولاً با پیوندهای هیدروژنی مرتبط است. در بسیاری از مولکول‌هایی که حاوی هیدروژن هستند، اتم‌های هیدروژن از طریق یک پیوند هیدروژنی در یک انتها و یک پیوند کووالانسی به دو اتم غیر هیدروژن متصل می‌شوند. اتم هیدروژن بدون الکترون خود به پروتون تبدیل می شود. از آنجایی که الکترون دیگر به اتم هیدروژن در پیوند هیدروژنی متصل نیست، این معادل پروتونی است که در یکی از چاه‌های یک پتانسیل چاه دوگانه همانطور که در بالا توضیح داده شد، قرار دارد. هنگامی که تونل زنی پروتون اتفاق می افتد، پیوند هیدروژنی و پیوند کووالانسی تغییر می کند. هنگامی که تونل زنی پروتون اتفاق می افتد، همان پروتون احتمال بازگشت تونل به محل اصلی خود را دارد، مشروط بر اینکه پتانسیل چاه مضاعف متقارن باشد.
جفت های باز یک رشته DNA توسط پیوندهای هیدروژنی به هم متصل می شوند. در اصل، کد ژنتیکی توسط یک آرایش منحصر به فرد از پیوندهای هیدروژنی موجود است. اعتقاد بر این است که پس از تکثیر یک رشته DNA، تونل زنی پروتون وجود دارد که پیکربندی پیوند هیدروژنی را تغییر می دهد. این منجر به تغییر جزئی کد ارثی می شود که اساس جهش ها است. به همین ترتیب، تونل زنی پروتون نیز مسئول بروز اختلال عملکرد سلول ها (تومورها و سرطان) و پیری است.
تونل زنی پروتون در بسیاری از کریستال های مولکولی مبتنی بر هیدروژن مانند یخ رخ می دهد. اعتقاد بر این است که انتقال فاز بین فازهای شش ضلعی (یخ Ih) و متعامد (یخ XI) یخ توسط تونل زنی پروتون فعال می شود. اخیراً وقوع تونل زنی پروتون مرتبط در خوشه های یخ نیز گزارش شده است.
