トンネル効果とは何か？
まずそもそもトンネル効果とは何なのでしょうか？
今回は最初に、2つの障壁の例を用いてトンネル効果を解説します。
化学反応を起こして新しい分子結合を生成するには、熱や圧力などで材料となる原子たちに十分な化学エネルギーを与えない限り、化学反応は起こらないとされています。
触媒などの存在は必要な化学エネルギーの量を抑えてくれる効果がありますが、それでも最低限度のエネルギーの供給は必要となっています。
また2本の隣接する電線が絶縁体によって隔てられている場合、一方の電線を通る電子が向かい側の電線に流れ込むには、何らかの方法で電子が絶縁体を突破することが必要になってきます。
このような化学的な壁や物理的な壁は一種の「障壁」として働いており、原子や電子などの自由な反応や通行を阻害しています。
しかし量子力学の世界では、原子や電子などのエネルギーや位置が不確定で確率的なものとされています。
エネルギーが確率的ということは、「極まれにとんでもない高いエネルギーを持つ原子」が出現することを示します。
現実世界にたとえるならば、大勢の人間が南から北に向かって万里の長城（障壁）に突撃する様子と言えるでしょう。
普通の人間の場合、障壁を突破できず、南側に留まります。
しかし人間社会にとんでもないジャンプ力がある人間が確率的に生まれてくる場合、障壁を飛び越えることが可能になります。
また位置が確率的ということは「電線の外など存在するハズのない位置」にも電子が出現するということを意味します。
電子や光子などの粒子の存在確率は雲のように分布していることが知られており、障壁の近くに接近すると、存在確率の雲が障壁の向こう側に広がることがあります。
そうすると障壁がいくら強固でも、粒子は確率的に、障壁の向こうに容赦なく出現することになります。
そして、そのような確率的に出現する原子や電子たちは、化学反応に必要なエネルギー障壁や、絶縁体などの物理的な障壁を、まるでトンネルをくぐったかのようにスルーすることが可能になります。
このような現象は「トンネル効果」と呼ばれており、古典的な化学や物理では説明できない、量子世界に特有な現象であると考えられています。
（※反応に必要なエネルギーを大きくしたり、絶縁体を分厚くするなどして、障壁を増すことができれば、トンネル効果が起こる頻度を下げることが可能です。しかし確率の分布を0や1にすることは原理的に不可能であり、トンネル効果の発生そのものを阻止することはできません）
トンネル効果の影響は現実世界の私たちの生活にも影響を与えています。
たとえば初期の半導体に不良品が多かった理由は、トンネル効果を防げず半導体内部に不正な電子の流れが発生したためであることが、研究によって明らかになっています。
またかつてはトンネル効果のせいで、電気回路内部の導線が接近できる距離には下限があると考えられていました。
導線同士が5nm以上接近すると、導線内部の電子が別の導線にトンネル効果で移動してしまうからです。
（※その後、絶縁体の改良により導線同士の距離が1nmでも電子のトンネル効果が起こらないようにできることが示されました）
こう述べると、トンネル効果は人類の技術発展を阻害する厄介な効果に思えるかもしれません。
しかしトンネル効果を上手く利用することができれば、本来ならば高温でしか起こらないような化学反応を室温で起こしたり、普通なら移動できないような場所に粒子をテレポートさせたかのように、出現させることが可能になります。
実際、植物の葉緑体や動物のミトコンドリアではトンネル効果を利用して、本来ならば多大なエネルギーが必要とされる化学反応を、極めて効率的に行っていることがわかってきました。
このような量子力学的な現象を利用した生物現象を説明する分野として「量子生物学」が急速な発展をみせています。
しかしトンネル効果はどのような条件でどの程度発生するかを理論的に計算するのが難しく、発生したとしても検知するのは極めて困難でした。
そのためトンネル効果については実験的検証が遅れており、これまでは主にシミュレーションに頼った調査が行われてきました。
そこで今回、インスブルック大学の研究者たちは現状を打破するため、トンネル効果の実験的な観測実験に挑むことにしました。
