Feuille d'entraînement : Effet tunnel

Corrigés

1. Exercice 1CCINP Physique PC 2024, Q31

   Le phénomène quantique responsable de cet écart est l'effet tunnel.

   En mécanique classique, deux noyaux ne peuvent franchir la barrière de répulsion coulombienne que si l'énergie mécanique disponible dans le référentiel du centre de masse est supérieure au sommet de la barrière de potentiel (E \ge E_{p,\max}), ce qui imposait d'après la question précédente une température de l'ordre de 10^{10}\text{ K}.

   En mécanique quantique, en vertu de la nature ondulatoire de la matière (longueur d'onde de de Broglie associée aux noyaux), la fonction d'onde décrivant l'état relatif des deux noyaux ne s'annule pas brutalement dans la région classiquement interdite sous la barrière de potentiel, mais y décroît de manière exponentielle. Il existe ainsi une probabilité de transmission non nulle par effet tunnel à travers la barrière coulombienne pour des énergies E < E_{p,\max}.

   Les réactions de fusion peuvent par conséquent se produire à une énergie cinétique moyenne nettement inférieure à la hauteur de la barrière coulombienne, abaissant la température requise à environ 1{,}5 \cdot 10^8\text{ K} (soit environ 10\text{ à }15\text{ keV}).

   Indice, stratégie et pièges de cette question

2. Exercice 2X-ENS Physique B PC 2025, Q13

   Lorsque E_0 < E_{\text{sat}}, l'énergie mécanique de l'électron vérifie E_m = -I_P < E_{p,\max} : la particule fait face à une barrière de potentiel d'épaisseur finie qu'elle ne peut franchir classiquement.

   L'effet quantique qui permet à l'électron de traverser cette barrière d'énergie potentielle et de s'échapper avec une probabilité non nulle est :

   \boxed{\text{l'effet tunnel (ou ionisation par effet tunnel)}}

   Résultat

   $$\text{l’effet tunnel (ou ionisation par effet tunnel)}$$

   Indice, stratégie et pièges de cette question