Kvantno tuneliranje. F6. Učinek tunela (fizika)

Učinek tunela , tuneliranje- premagovanje potencialne ovire z mikrodelcem v primeru, ko je njegova skupna energija (ki med tuneliranjem ostane nespremenjena) manjša od višine ovire. Učinek tunela je v bistvu naraven pojav, nemogoč v; Analog tunelskega učinka je lahko prodiranje svetlobnega vala v odbojni medij (na razdaljah reda valovne dolžine svetlobe) v pogojih, ko z vidika pride do popolnega notranjega odboja. Pojav tuneliranja je osnova številnih pomembnih procesov v in molekularna fizika, v jedrski fiziki itd.

Teorija

Učinek tunela je na koncu pojasnjen z razmerjem (glej tudi dvojnost valov in delcev). Klasični delec ne more biti znotraj potencialne višinske pregrade V, če je njegova energija E< V, так как кинетическая энергия частицы str 2 / 2m = E − V postane negativen in njegov zagon r- imaginarna količina ( m- masa delcev). Vendar pa je za mikrodelec ta sklep nepravičen: zaradi razmerja negotovosti je fiksacija delca v prostorskem območju znotraj pregrade njegov zagon negotov. Zato obstaja neničelna verjetnost zaznave mikrodelca v območju, ki je z vidika klasične mehanike prepovedano. V skladu s tem se pojavi določena verjetnost, da delec preide skozi potencialno pregrado, kar ustreza učinku tunela. Ta verjetnost je tem večja manjša teža delec, ožja je potencialna pregrada in manj energije delcu manjka, da bi dosegel višino pregrade (tj. manjša je razlika V − E ).

Verjetnost prehoda skozi oviro je glavni odločilni dejavnik telesne lastnosti učinek tunela. V primeru enodimenzionalne potencialne pregrade je ta značilnost koeficient prosojnosti pregrade, ki je enak razmerju toka delcev, ki gredo skozi njo, in toka, ki vpada na pregrado. V primeru tridimenzionalne potencialne pregrade, ki omejuje zaprto območje prostora z zmanjšano potencialno energijo (potencialna jamica), je tunelski učinek označen z verjetnostjo w izhod delca iz tega območja na enoto časa; velikost w je enak zmnožku frekvence nihanja delca v potencialni jami in verjetnosti prehoda skozi pregrado. Možnost "uhajanja" iz delca, ki je bil prvotno v potencialni jami, vodi do dejstva, da ustrezne ravni energije delcev pridobijo končno širino reda velikosti hw (h- ), in ta stanja sama postanejo kvazistacionarna.

Primeri

Primer manifestacije tunelskega učinka v atomski fiziki je proces avtoionizacije atoma v močnem električnem polju. IN v zadnjem času predvsem velika pozornost privlači proces ionizacije atoma v močnem polju elektromagnetno valovanje. V jedrski fiziki je učinek tunela osnova razumevanja zakonitosti radioaktivnih jeder: zaradi skupnega delovanja jedrskih privlačnih sil kratkega dosega in elektrostatičnih (Coulombovih) odbojnih sil mora delec alfa, ko zapusti jedro, premagati tridimenzionalno potencialno oviro zgoraj opisane vrste (). Brez tuneliranja bi bilo nemogoče, da bi prišlo do termonuklearnih reakcij: pregrada, ki preprečuje konvergenco reaktantnih jeder, potrebnih za fuzijo, je premagana deloma zaradi velike hitrosti (visoke temperature) takih jeder, deloma pa zaradi učinka tuneliranja.

Še posebej veliko je primerov manifestacije tunelskega učinka v fiziki trdne snovi: poljska emisija elektronov iz kovin in polprevodnikov (glej Tunelska emisija); pojavi v polprevodnikih v močnem električnem polju (glej); migracija valenčnih elektronov v kristalna mreža(cm.); učinki, ki nastanejo pri stiku dveh superprevodnikov, ločenih s tanko plastjo običajne kovine ali dielektrika (glej) itd.

Zgodovina in raziskovalci

Literatura

1. Blokhintsev D.I., Osnove kvantna mehanika, 4. izd., M., 1963;
2. Landau L. D., Lifshits E. M., Kvantna mehanika. Nerelativistična teorija, 3. izdaja, M., 1974 (Teoretična fizika, zv. 3).

Obstaja možnost, da bo kvantni delec prebil oviro, ki je za klasični osnovni delec nepremostljiva.

Predstavljajte si, da se krogla kotali znotraj sferične luknje, izkopane v zemlji. V katerem koli trenutku se energija žoge porazdeli med njeno kinetično energijo in potencialno gravitacijsko energijo v razmerju, odvisno od tega, kako visoko je žoga glede na dno luknje (v skladu s prvim zakonom termodinamike) . Ko žogica doseže rob luknje, sta možna dva scenarija. Če njegova skupna energija presega potencialno energijo gravitacijskega polja, ki je določena z višino lokacije žogice, bo skočila iz luknje. Če je skupna energija žogice manjša od potencialne gravitacijske energije na ravni stranice luknje, se bo žogica odkotalila navzdol, nazaj v luknjo, proti nasprotni strani; v trenutku, ko bo potencialna energija enaka celotni energiji kroglice, se bo ta ustavila in odkotalila nazaj. V drugem primeru se žoga nikoli ne bo odkotalila iz luknje, razen če ji dodamo dodatno kinetično energijo – na primer s potiskom. Po Newtonovih zakonih mehanike , žogica ne bo nikoli zapustila luknje, ne da bi ji dala dodaten zagon, če nima dovolj lastne energije, da bi se skotalila čez krov.

Zdaj pa si predstavljajte, da se stranice jame dvigajo nad površino zemlje (kot lunini kraterji). Če žoga uspe pasti čez dvignjeno stran takšne luknje, se bo kotalila naprej. Pomembno si je zapomniti, da v Newtonovem svetu žoge in luknje dejstvo, da se bo žogica kotalila naprej čez rob luknje, nima pomena, če žogica nima dovolj kinetične energije, da doseže zgornji rob. Če ne doseže roba, preprosto ne bo izstopil iz luknje in s tem pod nobenimi pogoji, pri kateri koli hitrosti in se ne bo skotalil nikamor dlje, ne glede na to, kako visoko nad površino je rob stranice zunaj .

V svetu kvantne mehanike so stvari drugačne. Predstavljajmo si, da je v nečem, kot je taka luknja, kvantni delec. V tem primeru govorimo o ne gre več za pravo fizično luknjo, temveč za pogojno situacijo, ko delec potrebuje določeno zalogo energije, potrebno za premagovanje ovire, ki mu preprečuje, da bi izstopil iz tistega, kar so se fiziki dogovorili za "potencialna luknja". Ta jama ima tudi energetski analog strani - tako imenovani "potencialna ovira". Torej, če je zunaj potencialne pregrade, je nivo intenzivnosti energijskega polja nižji , kot energija, ki jo delec premore, ima možnost, da se znajde »čez krov«, četudi realna kinetična energija tega delca ni dovolj, da bi »šel čez« rob deske v newtonskem smislu. Ta mehanizem za prehod delca skozi potencialno pregrado imenujemo učinek kvantnega tuneliranja.

Deluje takole: v kvantni mehaniki je delec opisan z valovno funkcijo, ki je povezana z verjetnostjo, da se delec nahaja na določenem mestu v v tem trenutkučas. Če delec trči ob potencialno pregrado, Schrödingerjeva enačba omogoča izračun verjetnosti, da delec prodre skozenj, saj valovna funkcija pregrada ne samo energijsko absorbira, ampak zelo hitro ugasne – eksponentno. Z drugimi besedami, potencialna ovira v svetu kvantne mehanike je zabrisana. Seveda preprečuje gibanje delca, vendar ni trdna, neprepustna meja, kot je to v primeru klasična mehanika Newton.

Če je pregrada dovolj nizka ali če je skupna energija delca blizu praga, mu valovna funkcija, čeprav se hitro zmanjšuje, ko se delec približuje robu pregrade, pusti možnost, da jo premaga. To pomeni, da obstaja določena verjetnost, da bo delec zaznan na drugi strani potencialne pregrade – v svetu Newtonove mehanike bi bilo to nemogoče. In ko bo delec prestopil rob pregrade (naj ima obliko luninega kraterja), se bo prosto odkotalil po njenem zunanjem pobočju stran od luknje, iz katere je izšel.

Kvantni tunelski spoj si lahko predstavljamo kot nekakšno "puščanje" ali "perkolacijo" delca skozi potencialno pregrado, po kateri se delec odmakne od pregrade. Primerov tovrstnih pojavov je v naravi ogromno, pa tudi v sodobne tehnologije. Vzemimo tipičen radioaktivni razpad: težko jedro oddaja delec alfa, sestavljen iz dveh protonov in dveh nevtronov. Po eni strani si lahko ta proces predstavljamo tako, da težko jedro zadrži alfa delec v sebi s pomočjo intranuklearnih veznih sil, tako kot je bila žogica v našem primeru v luknji. Vendar tudi če alfa delec nima dovolj proste energije, da bi premagal pregrado znotrajjedrnih vezi, še vedno obstaja možnost njegove ločitve od jedra. In z opazovanjem spontane emisije alfa dobimo eksperimentalno potrditev resničnosti učinka tunela.

Drug pomemben primer tunelskega učinka je proces termonuklearne fuzije, ki zvezdam dovaja energijo ( cm. Razvoj zvezd). Ena od stopenj termonuklearne fuzije je trk dveh jeder devterija (po en proton in en nevtron), pri čemer nastane jedro helija-3 (dva protona in en nevtron) in emisija enega nevtrona. Po Coulombovem zakonu je med dvema delcema z enakim nabojem (v tem primeru protoni, ki so del jeder devterija) najmočnejša sila medsebojno odbojnost - to pomeni, da obstaja močna potencialna ovira. V Newtonovem svetu se jedra devterija preprosto niso mogla dovolj približati, da bi sintetizirala jedro helija. Vendar pa sta v globinah zvezd temperatura in tlak tako visoka, da se energija jeder približuje pragu njihovega zlitja (v našem smislu so jedra skoraj na robu pregrade), zaradi česar se tunelski učinek začne delovati, pride do termonuklearne fuzije - in zvezde zasijejo.

Končno se učinek tunela v praksi že uporablja v tehnologiji elektronskega mikroskopa. Delovanje tega orodja temelji na dejstvu, da se kovinska konica sonde približa proučevani površini na izjemno kratki razdalji. V tem primeru potencialna pregrada preprečuje, da bi elektroni iz kovinskih atomov pritekali na proučevano površino. Pri premikanju sonde na zelo blizu površino, ki jo pregleduje, razvršča atom za atomom. Ko je sonda v neposredni bližini atomov, je pregrada nižja , kot takrat, ko gre sonda v prostorih med njimi. V skladu s tem, ko naprava »tipa« za atom, se tok poveča zaradi povečanega uhajanja elektronov kot posledice tunelskega učinka, v prostorih med atomi pa se tok zmanjša. To omogoča bolj podrobno raziskujejo atomske strukture površin, jih dobesedno »preslikajo«. Mimogrede, elektronski mikroskopi zagotavljajo dokončno potrditev atomske teorije o zgradbi snovi.

Ali lahko žoga preleti steno, tako da stena ostane na mestu nepoškodovana, energija žoge pa se ne spremeni? Seveda ne, se odgovor nakazuje sam, to se v življenju ne zgodi. Da lahko žoga preleti steno, mora imeti dovolj energije, da jo prebije. Na enak način, če želite, da se žoga v vdolbini kotali čez hrib, ji morate zagotoviti dovolj energije, da premaga potencialno oviro - razliko v potencialni energiji žoge na vrhu in v votlina. Telesa, katerih gibanje opisujejo zakoni klasične mehanike, premagajo potencialno oviro šele, ko imajo skupno energijo večjo od največje potencialne energije.

Kako je v mikrokozmosu? Mikrodelci se podrejajo zakonom kvantne mehanike. Ne premikajo se po določenih trajektorijah, ampak so "razmazani" v prostoru, kot val. Te valovne lastnosti mikrodelcev vodijo do nepričakovanih pojavov, med njimi pa je morda najbolj presenetljiv učinek tunela.

Izkazalo se je, da lahko v mikrokozmosu "stena" ostane na mestu in elektron leti skozenj, kot da se ni nič zgodilo.

Mikrodelci premagajo potencialno oviro, tudi če je njihova energija manjša od njene višine.

Potencialno oviro v mikrokozmosu pogosto ustvarijo električne sile in na ta pojav smo prvič naleteli med obsevanjem atomska jedra nabiti delci. Za pozitivno nabite delce, kot je proton, je neugodno, da se približajo jedru, saj po zakonu med protonom in jedrom delujejo odbojne sile. Zato, da bi proton približali jedru, je treba opraviti delo; Graf potencialne energije je videti tako, kot je prikazano na sl. 1. Res je, da je dovolj, da se proton približa jedru (na razdalji cm) in takoj pridejo v poštev močne jedrske privlačne sile ( močna interakcija) in ga ujame jedro. Toda najprej se morate približati, premagati potencialno oviro.

In izkazalo se je, da lahko proton to stori, tudi če je njegova energija E manjša od višine pregrade. Kot vedno v kvantni mehaniki je nemogoče z gotovostjo reči, da bo proton prodrl v jedro. Vendar pa obstaja določena verjetnost takšnega tunelskega prehoda potencialne ovire. Ta verjetnost je tem večja, čim manjša je razlika v energiji in čim manjša je masa delcev (pri čemer je odvisnost verjetnosti od velikosti zelo ostra – eksponentna).

Na podlagi ideje o tuneliranju sta D. Cockcroft in E. Walton leta 1932 v laboratoriju Cavendish odkrila umetno cepitev jeder. Zgradili so prvi pospeševalnik, in čeprav energija pospešenih protonov ni zadoščala za premagovanje potencialne ovire, so protoni zaradi učinka tunela prodrli v jedro in povzročili jedrsko reakcijo. Učinek tunela je pojasnil tudi pojav alfa razpada.

Ugotovili smo učinek tunela pomembna aplikacija v fiziki trdne snovi in ​​elektroniki.

Predstavljajte si, da na stekleno ploščo (substrat) nanesemo kovinski film (običajno ga dobimo z nanosom kovine v vakuumu). Nato se je oksidiral in na površini ustvaril le nekaj deset angstromov debelo plast dielektrika (oksida). In spet so ga prekrili s kovinskim filmom. Rezultat bo tako imenovani "sendvič" (v dobesedno to angleška beseda dva kosa kruha, na primer s sirom med njima), ali z drugimi besedami tunelski stik.

Ali se lahko elektroni premikajo iz enega kovinskega filma v drugega? Zdi se, da ne - dielektrična plast jih moti. Na sl. Slika 2 prikazuje graf odvisnosti potencialne energije elektrona od koordinate. V kovini se elektron prosto giblje in njegova potencialna energija je enaka nič. Za vstop v dielektrik je potrebno opraviti delo, ki je večje od kinetične (in torej celotne) energije elektrona.

Zato so elektroni v kovinskih filmih ločeni s potencialno pregrado, katere višina je enaka .

Če bi elektroni upoštevali zakone klasične mehanike, bi bila takšna ovira zanje nepremostljiva. Toda zaradi tunelskega učinka lahko z nekaj verjetnosti elektroni prodrejo skozi dielektrik iz enega kovinskega filma v drugega. Zato se izkaže, da je tanek dielektrični film prepusten za elektrone - skozi njega lahko teče tako imenovani tunelski tok. Vendar pa je skupni tunelski tok enak nič: število elektronov, ki se premaknejo iz spodnjega kovinskega filma v zgornji, se enako število v povprečju premakne, nasprotno, iz zgornjega filma v spodnji.

Kako lahko naredimo, da je tunelski tok drugačen od nič? Da bi to naredili, je potrebno prekiniti simetrijo, na primer povezati kovinske filme z virom napetosti U. Nato bodo filmi igrali vlogo kondenzatorskih plošč in v dielektrični plasti se bo pojavilo električno polje. V tem primeru elektroni iz zgornjega filma lažje premagajo oviro kot elektroni iz spodnjega filma. Posledično se pojavi tunelski tok tudi pri nizkih napetostih vira. Tunelski kontakti omogočajo proučevanje lastnosti elektronov v kovinah in se uporabljajo tudi v elektroniki.

UČINEK TUNELA, kvantni učinek, ki sestoji iz prodiranja kvantnega delca skozi področje prostora, v katerega po zakonih klasične fizike je iskanje delcev prepovedano. Klasična

delec s skupno energijo E in v potencialu. polje lahko prebiva le v tistih predelih vesolja, kjer njegova skupna energija ne presega potenciala. energija U interakcije s poljem. Ker je valovna funkcija kvantnega delca v celotnem prostoru različna od nič in je verjetnost, da najdemo delec v določenem območju prostora, podana s kvadratom modula valovne funkcije, potem je v prepovedanem (z vidika klasične mehanike) ) regijah je valovna funkcija različna od nič. Učinek tunela je priročno ponazoriti z modelnim problemom enodimenzionalnega delca v potencialnem polju U(x) (x je koordinata delca). V primeru simetričnega potenciala dvojne vrtine (slika a) se mora valovna funkcija "prilegati" znotraj vdolbinic, tj. predstavlja stoječi val. Diskretni viri energije ravni, ki se nahajajo pod pregrado, ki ločuje minimume potenciala, tvorijo tesno razporejene (skoraj degenerirane) ravni. Energijska razlika stopnje, komponente, imenovane. tunelsko razcepitev je ta razlika posledica dejstva, da je natančna rešitev problema (valovna funkcija) za vsak primer lokalizirana v obeh minimumih potenciala in vse natančne rešitve ustrezajo nedegeneriranim nivojem (glej). Verjetnost tunelskega učinka je določena s koeficientom prenosa valovnega paketa skozi pregrado, ki opisuje nestacionarno stanje delca, lokaliziranega v enem od potencialnih minimumov.

Potencialne krivulje energija U (x) delca v primeru, ko nanj deluje privlačna sila (a - dve potencialni jami, b - ena potencialna jama), in v primeru, ko na delec deluje odbojna sila (odbojni potencial, c). E - skupna energija delcev, x - koordinata. Tanke črte prikazujejo valovne funkcije.

V potencialu polje z enim lokalnim minimumom (slika b) za delec z energijo E, večjo od interakcijskega potenciala pri c =, diskretna energija. ni držav, obstaja pa niz kvazistacionarnih stanj, v katerih se veliko nanaša. verjetnost, da najdemo delec blizu minimuma.

Valovni paketi, ki ustrezajo takšnim kvazistacionarnim stanjem, opisujejo metastabilna; valovni paketi se razširijo in izginejo zaradi učinka tunela. Za ta stanja je značilna življenjska doba (verjetnost razpada) in energijska širina. raven.

Naib. pomembni za manifestacijo tunelskega učinka: 1) tunelsko cepljenje diskretnih nihanj, vrtenje. in elektronski-ko-lebat.

stopnje. Razcepitev nihanj. stopnje z več. enakovrednih ravnotežnih jedrskih konfiguracijah je inverzna podvojitev (v tipu), cepitev ravni v z inhibirano notranjo. rotacija ( , ) ali v , za katero intra-mol. prerazporeditve, ki vodijo do enakovrednih ravnotežnih konfiguracij (npr. PF 5). Če drugače enakovredni minimumi niso ločeni s potencialom. ovire (npr. ravnotežne konfiguracije za desno- in levosučne komplekse), nato ustrezen opis realnih pomolov. sistemov se doseže z uporabo lokaliziranih valovnih paketov. V tem primeru so stacionarna stanja, lokalizirana v dveh minimumih, nestabilna: pod vplivom zelo majhnih motenj je možna tvorba dveh stanj, lokaliziranih v enem ali drugem minimumu. Razcep kvazidegeneriranih skupin se vrti. stanja (t.i. rotacijski grozdi) je tudi posledica tuneliranja mol. sistemov med več soseskami. enakovredne stacionarne osi vrtenja. Razcepitev elektronskih nihanj. (vibronskih) stanj se pojavi v primeru

močna Yana - Teller učinki. Tunelsko cepljenje je povezano tudi z obstojem pasov, ki jih tvorijo elektronska stanja posameznih ali molekularnih stanj. fragmenti v periodičnem struktura. 2) Pojavi prenosa delcev in elementarnih vzbujanj. Ta niz pojavov vključuje nestacionarne procese, ki opisujejo prehode med diskretnimi stanji in razpad kvazistacionarnih stanj. Prehodi med diskretnimi stanji z valovno funkcijo, lokalizirano v različnih stanjih. najmanj enega adiabata. potencial, ustrezajo različnim kemikalijam. r-cije. Učinek tunela vedno prispeva določen delež k hitrosti gibanja, vendar je ta prispevek pomemben le takrat, ko

Morda se spomnite iz 1. poglavja, da je kvantno tuneliranje proces, v katerem delci premagajo nepremostljive ovire tako enostavno, kot gre zvok skozi stene. Kvantno tuneliranje je leta 1926 odkril nemški fizik Friedrich Hund, kmalu zatem pa so ga George Gamow, Ronald Gurney in Edward Condon uspešno uporabili za razlago koncepta radioaktivnega razpada, pri čemer so vsi trije uporabljali takrat novo matematiko kvantne mehanike. Kvantno tuneliranje je postalo eden glavnih konceptov jedrska fizika, nato pa je našel široko uporabo v znanosti o materialih in kemiji. Kot smo že povedali, je ta učinek velikega pomena za zemeljsko življenje, saj se zahvaljujoč njemu združijo pari pozitivno nabitih vodikovih jeder, ki se nahajajo znotraj Sonca, in s tem začnejo proces pretvorbe vodika v helij, med katerim ogromno sončna energija. In vendar do nedavnega nihče ni domneval, da je kvantno tuneliranje nekako povezano s procesi, ki se dogajajo v živi snovi.

Kvantno tuneliranje lahko razumemo kot metodo, s katero delci, ki so sprva na eni strani pregrade, končajo na drugi strani, metoda, za katero zdrav razum narekuje, da je nemogoča. Z "pregrado" mislimo na fizično nepremostljiv (brez potrebne količine energije) odsek prostora - nekaj podobnega poljem sile iz znanstvena fantastika. Takšna pregrada je lahko ozek del izolacijskega materiala, ki ločuje prevodnike, ali prazen prostor, kot je razdalja med dvema encimoma v dihalni verigi. Lahko je tudi nekaj podobnega energijskemu "hribčku", ki smo ga opisali zgoraj, in omejuje hitrost pretoka kemične reakcije(glej sliko 3.1). Predstavljajte si žogo, ki jo potiskajo po robu kratkega hriba. Da bi žogica dosegla vrh in se nato odkotalila po drugem pobočju, jo morate precej močno potisniti. Ko se bo žogica vzpenjala po pobočju, se bo upočasnila in se brez potrebne količine energije (pridobljene z dovolj močnim potiskom) preprosto ustavila in odkotalila nazaj, od koder je bila potisnjena. V skladu s klasično Newtonovo mehaniko je edini način, da žogica preleti oviro na vrhu hriba, da ji damo dovolj energije, da preleti ta "energijski" vrh. Toda če bi bila krogla, recimo, elektron in bi hrib predstavljal oviro odbojne energije, bi obstajala možnost, da bi elektron premagal to oviro v obliki valovanja in si izklesal alternativno in učinkovitejšo pot . To je kvantno tuneliranje (slika 3.5).

riž. 3.5. Kvantno tuneliranje skozi energetsko pokrajino

Pomembna lastnost kvantnega sveta je, da lažji kot je delec, lažje premaga energijsko oviro. Zato ne preseneča, da so znanstveniki, ko je postalo jasno, da je ta proces pogost pojav v intraatomskem svetu, hitro ugotovili, da je najpogostejše tuneliranje v kvantnem svetu prav tuneliranje elektronov, saj gre za izjemno lahke osnovne delce. Emisija elektronov iz kovin pod vplivom električno polje je bil opisan v poznih dvajsetih letih 20. stoletja posebej kot učinek tunela. Kvantno tuneliranje je natančno pojasnilo, kako se zgodi radioaktivni razpad: jedra nekaterih atomov, kot je uran, nenadoma izvržejo delec. Ta primer velja za prvo uspešno uporabo kvantne mehanike za reševanje problemov v jedrski fiziki. Sodobna kemija podrobno opisuje tudi kvantno tuneliranje elektronov, protonov (vodikovih jeder) in še težjih atomov.

Pomembna lastnost kvantno tuneliranje je njegova odvisnost (tako kot mnogi drugi kvantni pojavi) od valovne narave delcev snovi. Telo, sestavljeno iz velikega števila delcev, ki morajo premagati oviro, pa mora vzdrževati pogoje, v katerih bi bili valovni vidiki vseh njegovih komponent med seboj primerni (na primer, da bi bile valovne dolžine enake). Z drugimi besedami, telo mora predstavljati to, čemur bi rekli koherenten sistem ali preprosto sistem, ki deluje "enotno". Dekoherenca opisuje proces, v katerem številni kvantni valovi hitro izstopijo iz splošnega ritma in zmotijo ​​splošno koherentno vedenje, pri čemer telesu odvzamejo sposobnost kvantnega tuneliranja. Delec lahko sodeluje pri kvantnem tuneliranju le, če ohrani valovne lastnosti, potrebne za premagovanje ovire. Zato veliki predmeti npr nogometne žoge, kvantno tuneliranje ni tipično: sestavljeni so iz trilijonov atomov, katerih vedenja in valovnih lastnosti ni mogoče uskladiti in spremeniti v koherenten sistem.

Žive celice so tudi po kvantnih standardih veliki objekti, zato se na prvi pogled zdi neverjetna možnost kvantnega tuneliranja v toplem, vlažnem okolju živih celic, kjer se atomi in molekule gibljejo večinoma naključno. Vendar, kot smo že ugotovili, se notranja struktura encima razlikuje od neurejenega okolja celice: gibanje njegovih delcev je bolj podobno dobro koreografiranemu plesu kot nemirnemu prerivanju. Poglejmo, kako pomembna je ta koreografija delcev za življenje.