Kuantum mekaniğinde elektron alış verişi nasıl olur?

Kuantum mekaniğinde elektron alışverişi, bir parçacığın bir atomdan çıkıp diğerine doğru boşlukta seyahat etmesi değildir. Bu süreç, başlangıç ve hedef durumların dalga fonksiyonlarının uzayda örtüşmesi ve kuantum tünelleme yoluyla olasılık genliğinin sistemler arasında akmasıyla gerçekleşir. Yani ortada fiziksel olarak havada uçan katı bir bilye yok abi, elektronun bir bölgede bulunma olasılığı zamanla sönümlenirken diğer tarafta artıyor.

Klasik fizikte bir elektronun karşıya geçmesi için aradaki potansiyel bariyerini aşacak kinetik enerjiye sahip olması gerekir, aşamazsa duvara toslar kalır. Kuantum ölçeğinde ise dalga mekaniği konuşur. Elektron, o potansiyel engelinin üzerinden atlamak yerine altından tüneller. İki durum arasındaki bu geçiş hızını temelde Fermi'nin Altın Kuralı dediğimiz bağıntı yönetir. Bu kurala göre aktarım olasılığı, başlangıç ve bitiş durumlarının dalga fonksiyonu örtüşmesini temsil eden etkileşim matrisi elemanının karesine ve enerjisi denk gelen son durumların yoğunluğuna bağlıdır. Seviyeler birbirine rezone olmuyorsa aktarım gerçekleşmez zaten.

Kimyasal veya biyolojik sistemlerdeki moleküller arası elektron aktarımında ise olaya çevre atomların hareketi de katılıyor. Bunu açıklayan temel model Marcus elektron aktarım teorisidir. Elektron o kadar hızlı hareket eder ki Franck Condon prensibi gereği çekirdekler aktarım anında yerinden kıpırdayamaz. Çevredeki moleküller termal dalgalanmalarla öyle bir geometriye gelir ki, verici ve alıcı durumların potansiyel enerjileri eşitlenir. Tam bu rezonans anında elektron, enerji kaybetmeden tünelleyerek diğer tarafa geçer.

Masada multimetreyle iki bacak arasına prob değdirip akım ölçtüğümüz o derli toplu klasik dünyayı unutmak gerekiyor abi. Kuantumda elektron aktarımı bir kargo teslimatı değil, sınırları örtüşen dalgaların birbiriyle rezone olmasıdır.