量子トンネル効果の「トンネル内部」を世界初観測

量子力学には、壁のような障壁を粒子がすり抜ける「トンネル効果」と呼ばれる不思議な現象があります。

電子などの粒子が、本来なら超えることのできないエネルギーの壁をまるで瞬間移動でもするかのように通り抜けてしまう現象です。

これは半導体（スマートフォンやコンピュータの要となる部品）や太陽の核融合反応でも重要な役割を果たす現象ですが、その「トンネルの中」で何が起きているのかは長らく謎のままでした。

科学者たちは粒子がトンネルに入る直前と抜け出た直後の状況はつかめていたものの、その間の挙動は直接見ることができず、まさにブラックボックスだったのです。

量子力学の誕生以来、およそ100年もの間この疑問は解き明かされていませんでした。

しかし2025年、国際研究チームがついに電子がトンネル内部で何をしているのかを観測することに成功しました。

その結果、電子は単純に直線的にトンネルを抜けるのではなく、トンネル障壁の内部で一度壁面に反射（Uターン）し、その際にエネルギーを得てから最終的に外側へ放出されるという意外な動きをしていることが判明しました。

トンネルは実は「瞬間移動」のようなシンプルなプロセスではなく、内部に複雑で豊かな物理現象を秘めていることが明らかになったのです。

では一体なぜ、そしてどのように電子はトンネル内部でこのような予想外の動きをしているのでしょうか？

研究内容の詳細は2025年5月27日に『Physical Review Letters』にて発表されました。

量子トンネル内の様子は謎に包まれていた

電子のような非常に小さな粒子の世界では、日常の感覚とは異なる不思議な現象が多く起こります。