トンネル効果とは？

トンネル効果（quantum tunneling）とは、量子力学特有の現象で、粒子が持つエネルギーよりも高いポテンシャル障壁（エネルギーの壁）を、粒子が一定の確率で「すり抜けて」通過してしまうことを指します。古典力学では、エネルギーが足りなければ壁を越えることは絶対にできませんが、量子力学では粒子を波として記述するため、障壁の向こう側に波動関数が「染み出す」ことでこの現象が起きます。

トンネル効果が起きる確率は、障壁の高さと幅、および粒子の質量に大きく依存します。

• 障壁が低いほど・薄いほど透過確率が高い
• 粒子の質量が小さいほど透過しやすい（電子・陽子は透過しやすいが、マクロな物体では確率が事実上ゼロ）

自然界ではさまざまな場面でトンネル効果が現れます。代表例として、太陽内部での核融合反応が挙げられます。太陽のコアの温度では核融合に必要なエネルギーが古典的には不足しているにもかかわらず、陽子どうしがトンネル効果によって互いに近づき核融合を起こすことができます。また放射性崩壊（アルファ崩壊）においても、アルファ粒子が原子核のポテンシャル障壁をトンネル効果でくぐり抜けて放出されます。

技術への応用も広く、走査型トンネル顕微鏡（STM）は探針と試料の間のトンネル電流を利用して原子レベルの表面像を得る装置です。フラッシュメモリやトンネルダイオードなど半導体デバイスにも利用されています。