Фізики з Університету Хоккайдо вперше спостерігали тунелювання атомів водню на поверхні льоду. Як стверджують автори, цей процес є новим механізмом для поверхневої дифузії - процесу переміщення адсорбованих молекул уздовж меж різних матеріалів. Дослідження опубліковано в журналі.
Вчені аналізували процеси дифузії, що відбуваються на поверхні водного льоду при температурах менше 20 кельвінів. Оскільки побачити процес тунелювання безпосередньо практично неможливо дослідники вдалися до іншого підходу. У ньому вони порівнювали дві швидкості дифузії: для атомарного водню і дейтерію - важкого ізотопу водню, що містить у своєму ядрі крім одного протона ще й нейтрон.
Оскільки різниця в масах між воднем і дейтерієм велика (вони відрізняються в два рази), вона значно позначається на їх відносні швидкості дифузії - чим легше частинка, тим швидше вона може переміщатися по аналізованій поверхні. Існуючі теоретичні моделі для звичайної поверхневої дифузії пророкують відмінність приблизно в 4,5 рази. Однак автори роботи виявили, що в реальності атомарний водень виявляється в 100 разів рухливішим дейтерію.
За словами фізиків, головним чином це спостереження можна пояснити, припустивши що водень здатний тунелювати під енергетичними бар'єрами, тобто не володіючи достатньою енергією проходити перешкоду наскрізь. Причому, на поверхні добре орієнтованого (полікристалічного) льоду ефект тунелювання виражений сильніше, ніж на поверхні аморфного льоду.
Автори роботи сподіваються, що вона проллє світло на формування молекул водню. Поверхнева дифузія є відповідальною за утворення молекулярного водню, а нова робота використовує умови, близькі до реальних умов відкритого космосу. У майбутньому фізики сподіваються побачити тунелювання не тільки у таких легких ядер, як ізотопів водню, але і у серії більш важких елементів.
Процес дифузії газів являє собою перенесення речовини з однієї частини простору в іншу. Існують два основних її механізми - об'ємна дифузія крізь товщу речовини і поверхнева дифузія, що передбачає рух в приповерхнісному шарі від бар'єру до бар'єру. Остання з них передбачає перескакування атомів від одного центру зв'язування до іншого.