6.6 Túnel Quântico

Início ／ Capítulo 6: Domínio quântico (V5.05)

I. Fenômenos observáveis e desafios intuitivos para a teoria contemporânea

No laboratório, há situações que lembram “atravessar uma parede”:

• Decaimento alfa: certos núcleos emitem espontaneamente uma partícula alfa (α). Pela intuição clássica, a barreira nuclear seria alta demais para a energia disponível, mas ainda assim ocorrem escapamentos.
• Microscópio de varredura por túnel (STM): entre uma ponta metálica muito afiada e a amostra fica um vão a vácuo na escala de nanômetros. A corrente decai quase exponencialmente quando a distância aumenta, mas não zera.
• Efeito Josephson: dois supercondutores separados por um isolante ultrafino podem sustentar corrente contínua com tensão nula; sob pequena tensão contínua surge um sinal alternado na frequência de Josephson.
• Diodo de ressonância e estruturas de dupla barreira: a curva corrente–tensão exibe resistência diferencial negativa e picos estreitos, indicando janelas de energia com passagem incomumente fácil.
• Emissão por campo (emissão fria): um campo intenso afina e rebaixa a barreira de superfície, permitindo que elétrons escapem para o vácuo.
• Analogia óptica: na reflexão total frustrada, dois prismas muito próximos permitem acoplamento evanescente através da região “proibida”.

Esses fatos desafiam a intuição:

• Energia insuficiente — como atravessar? Se a barreira for vista como parede lisa, rígida e estática, a intuição falha.
• Por que a sensibilidade a espessura e altura é quase exponencial? Pequenos aumentos derrubam drasticamente a probabilidade de passagem.
• Qual é o “tempo de túnel”? Seria “superluminal”? Medidas de fase ou de atraso de grupo saturam com a espessura (efeito Hartman) e podem ser mal interpretadas.
• Por que camadas extras criam “vias rápidas ressonantes”? Em energias específicas, pilhas de barreiras facilitam o trânsito.

II. Leitura segundo a Teoria dos Fios de Energia (EFT): a barreira não é rígida, é uma banda de tensão que “respira”

(Em consonância com a Seção 4.7 sobre “poros” em buracos negros: uma fronteira de alta tensão não é um selo permanente.)

1. Como a barreira realmente é: dinâmica, granulada, em faixa
   Na Teoria dos Fios de Energia (EFT), a “barreira” não é uma face geométrica perfeita nem um sólido rígido. Ela é uma faixa onde a tensão (Tension) e a impedância se elevam, continuamente remodelada por microprocessos:
   • troca entre fios de energia (Energy Threads) e mar de energia (Energy Sea);
   • micro-reconexões breves que reescrevem e depois relembram conexões;
   • batidas de excitações instáveis ao redor do limite;
   • flutuações locais do gradiente de tensão (Tension Gradient) induzidas por campos externos e impurezas.
     Vista de perto, a faixa “respira” como um favo vivo: quase sempre de alta impedância, mas com micro-poros de baixa impedância que se abrem de modo esporádico e efêmero.
2. Poros momentâneos: os canais efetivos do túnel
   O atravessamento ocorre quando a partícula se aproxima e, na sua direção de avanço, uma cadeia de micro-poros se abre com profundidade suficiente e boa conectividade. Parâmetros-chave:
   • taxa de abertura: probabilidade por unidade de área e tempo;
   • tempo de vida: duração de cada abertura;
   • largura angular: seletividade direcional do canal;
   • conectividade em profundidade: alinhamento das aberturas ao longo de toda a espessura (quanto mais espessa a faixa, mais exigente o alinhamento).
     Quando esses fatores coincidem, a partícula percorre um corredor de baixa impedância. A maioria das tentativas falha; uma fração pequena tem sucesso.

Analogia: imagine um grande portão de lâminas que se movem rapidamente. Quase sempre está fechado, mas, num certo instante e ao longo de uma linha estreita, as lâminas se alinham e formam uma passagem. Não se “atravessa uma parede maciça”; aproveita-se o momento em que a fenda se alinha.

3. Por que surge sensibilidade quase exponencial

• Mais espessa: atravessar exige alinhamento em série de poros ao longo da profundidade. Cada camada extra multiplica a condição de coincidência → queda aproximadamente exponencial da chance de sucesso.
• Mais alta (tensão maior): os poros ficam mais raros, mais breves e mais estreitos em ângulo → taxa efetiva de abertura menor e, portanto, barreira “mais alta”.

4. Ressonância: um “guia de onda” transitório que transforma poros em autopista
   Estruturas multicamadas podem abrigar uma cavidade com fase ajustada, equivalente a um guia de onda transitório dentro da faixa:
   • a partícula é primeiro capturada brevemente na cavidade;
   • ela espera o próximo trecho de poros abrir na direção adequada;
   • a conectividade geral é amplificada dentro de uma janela de energia estreita.
     Daí os picos agudos em dispositivos ressonantes; de modo similar, o travamento de fase entre supercondutores estabiliza a conectividade e sustenta o efeito Josephson.
5. Tempo de túnel: separar “esperar o portão” e “cruzar o corredor”

• Tempo de espera: atraso no lado de entrada enquanto surge uma cadeia de poros bem alinhada; domina o atraso estatístico.
• Tempo de trânsito: uma vez alinhado, o cruzamento segue o limite de velocidade local imposto pela tensão e costuma ser breve.
  À medida que a espessura cresce, a espera aumenta enquanto o trânsito não escala linearmente; por isso muitas medições registram atrasos de grupo saturados. Não há movimento superluminal; trata-se da combinação de fila longa e passagem rápida.

6. Balanço de energia: nada “de graça”
   Após o atravessamento, a energia reflete o orçamento inicial, um possível retorno de tensão ao longo do corredor e trocas pequenas com o ambiente. O aparente “passo com energia insuficiente” não é magia: a barreira não é uma face rígida; suas microaberturas permitem eventos raros por um caminho de baixa impedância sem escalar um pico estático.

III. Dispositivos e cenários experimentais

• Decaimento alfa: um aglomerado alfa bate repetidamente na fronteira nuclear. A fuga ocorre quando uma cadeia transprofunda de poros se alinha por um instante. Faixas nucleares altas e espessas tornam a meia-vida extremamente sensível à estrutura.
• Corrente em STM: o vão a vácuo constitui uma faixa delgada. A corrente acompanha a taxa global de surgimento de cadeias de conectividade críticas. Cada ångström adicional equivale a somar um estágio de lâminas, daí a queda quase exponencial.
• Efeito Josephson: o travamento de fase em ambos os lados estabiliza uma cavidade-guia e eleva o fluxo estacionário mesmo a tensão nula. Com pequena tensão contínua, a fase relativa deriva, gerando um sinal alternado.
• Emissão por campo: um campo forte afina e rebaixa a faixa superficial, o que aumenta a taxa de abertura e a conectividade; elétrons “saem” para o vácuo.
• Reflexão total frustrada: o vão nanométrico entre prismas fornece apoios de campo de perto, equivalentes a conectividade de curto alcance no vão; a luz cruza a região nominalmente proibida por um corredor transitório.

IV. Em resumo — quatro linhas

• O túnel não é atravessar uma parede perfeita: é encadear poro após poro dentro de uma faixa de tensão que respira.
• A sensibilidade exponencial a espessura/altura surge de probabilidades multiplicativas em alinhamentos em série; a ressonância cria um guia de onda transitório que amplifica a conectividade numa janela estreita.
• O tempo de túnel se divide em esperar e cruzar: atrasos saturados refletem a espera, sem violar limites locais de propagação.
• A energia se conserva: as passagens “com baixa energia” existem porque a “parede” se abre por instantes, não porque é quebrada.