Interpretación del efecto túnel y sus aplicaciones prácticas.

El efecto túnel puede ser explicado a partir del concepto de ondas de probabilidad. Consideremos el balanceo de una bola en una colina con subidas y bajadas sin fricción, según lo mostrado en la figura, suponga que la bola esta sostenida momentáneamente y se suelta de la posición A,esta rodara cuesta abajo y subira la colina hacia la posicion C, nunca podrá llegar a una altura mas alta que el nivel del punto A, podrá llegar a la posicion B, que esta en la misma altura que A,la bola ira hacia arriba y hacia 

abajo,oscilando entre los puntos A y B, para siempre. No hay forma por la cual la bola pueda pasar a la posición D dentro del dominio de la mecanica Newtoniana,pero esto es exactamente lo que ocurre en el dominio de la mecanica cuantica. La bola puede rodar cuesta abajo en la otra cara de la colina,despues de subir hasta la posicion B, esta se materializa en la otra cara,esto se denomina efecto tunel en la mecanica cuantica.

Si un hombre tira una pelota contra una pared,la bola rebota devuelta,de acuerdo a las leyes de la fisica cuántica,la bola puede penetrar a traves de un túnel por la pared,pero debido que la bola es un objeto macroscopico,las posibilidades de que esto ocurra, es infinitamente pequena.

Dos metales separados por un vacio,se aproximan a esta situacion,los electrones en el metal son bolas  y el vació representa la pared.Los electrones no tienen suficiente energia para escapar a traves del vació,pero,los dos metales pueden intercambiar electrones por efecto tunel,si estos estan suficientemente próximos,la probabilidad de que esto suceda es grande,porque los electrones son partículas microscópicas.

A escala cuántica, los objetos exhiben un comportamiento ondular; en la teoría cuántica, un cuanto moviéndose en dirección a una "colina" potencialmente energética puede ser descrito por su función de onda, que representa la amplitud probable que tiene la partícula de ser encontrada en la posición allende la estructura de la curva. Si esta función describe la posición de la partícula perteneciente al flanco adyacente al que supuso su punto de partida, existe cierta probabilidad de que se haya desplazado "a través" de la estructura, en vez de superarla por la ruta convencional que atraviesa la cima energética relativa. A esto se conoce como efecto túnel.

El tunelaje a través de una barrera  es un fenómeno muy interesante y peculiar ya que cuando una partícula incide en una barrera de altura y ancho finitos, se interpreta,  clásicamente la partícula rebota debido a que no tiene suficiente energía para cruzar e incluso penetrar la barrera. Sin embargo, de acuerdo con la mecánica cuántica, todas la regiones son accesibles a la partícula, sin que importe su energía debido a que la amplitud de la onda de la materia asociada a la partícula es diferente de cero en todos lados (excepto en ciertos puntos). Debido a la probabilidad de localizar a la partícula es proporcional a ǀᴪǀ*2, se concluye que la posibilidad de de localizar a la partícula más allá de la barrera. esta penetración  de la barrera esta en completo de acuerdo con la mecánica clásica. la posibilidad de que la partícula penetra la barrera se denomina tunelaje o penetración de barrera. cualquier intento para observar la partícula  dentro de la barrera  y confirmar el valor de su energía es frustrado por el principio de incertidumbre. Si ocurre el tunelaje, la barrera debe ser  suficientemente estrecha y baja, para permitir una medición de la posición y momento de la partícula  consiste en las expectativa.Este resultado sorprendente surge de nuestra visión clásica de la barrera como si fuera continua. en la practica, las barreras por lo común estan formadas por particulas de posición incierta, de modo muy similar al de centinelas errantes fuera del campamento. En ocasiones los intrusos  pueden penetrar las barreras de centinelas y entrar al campo.

la probabilidad de tunaje puede describirse con un coeficiente de transmisión, T, y un coeficiente de reflexión, R. el coeficiente de transmisión mide la probabilidad de que la partícula penetre la barrera, y el coeficiente de reflexión es la probabilidad de que la partícula sea reflejada por la barrera. 

Algunas aplicaciones de tunelaje

como hemos visto, el tunelaje es un fenómeno cuántico, una manifestación de la naturaleza ondulatoria de la materia, hay muchos ejemplos en la naturaleza en las escalas atómica y nuclear que pueden comprenderse solo con base en el tunelaje.

• Diodo túnel. Es un dispositivo semiconductor que se compone de dos regiones cargadas opuestamente y separadas por una región neutra muy estrecha. La corriente eléctrica, o tasa de tunelaje, puede controlarse sobre un amplio intervalo variando el voltaje de polarización, lo cual cambia la energia de los electrones de tunelaje.
• Unión Josephson. Consta de dos superconductores separados por una capa de oxido aislante delgada, de 1 a 2 nm de espesor. En condiciones apropiadas, los electrones en los superconductores viajan como un par y efectúan tunelaje de un superconductor a otro a través de una capa de oxido. se han observado varios efectos en este tipo de unión. Un ejemplo de ello es la corriente directa se observa a través de la unión en ausencia de campos eléctricos o magnéticos. 
• Decaimiento alfa. Una forma de decaimiento radiactivo es la emisión de la partícula alfa (los núcleos de los átomos de helio) por medio de núcleos pesados e inestables. Para escapar del nucleo, una partícula debe penetrar una barrera varias veces mayor que su energía. La barrera se debe a una combinación de la fuerza nuclear atractiva y de la repulsión de Coulomb entre la partícula alfa y el resto de los núcleos. Ocasionalmente, una partícula alfa realiza tunelaje a través de la barrera, lo cual explica el mecanismo básico de este tipo de decaimiento y las grandes variaciones en los tiempos de la vida media de diversos núcleos radiactivos.