تتمثل هذه الظاهرة الكمومية في قدرة الجسيمات تحت الذرية، مثل الإلكترونات والبروتونات، على اختراق حاجز الطاقة بفعل السلوك الموجي للجسيم. هذا الفعل يُشبه إلى حد ما اختراق الجدار. تعتمد هذه الظاهرة على مبدأ عدم الدقة حيث ثمة عدم إمكانية تحديد موقع الجسيمات الخفيفة، ما يسمح لها بكسر قواعد الميكانيك التقليدي ولو باحتمالية قليلة، والتحرُّك في الفضاء دون الحاجة للعبور من فوق حاجز الطاقة بل التسرب من خلاله (شكل 2-5).

شكل 2-5: رسم تخطيطي يوضح التسرب الكمومي. في الحالة التقليدية (أعلى) لا يتحقق التسرب الكمومي، وفي الحالة الكمومية (أسفل) يتحقق التسرب الكمومي.

إن ظاهرة التسرب من بين أمور أخرى هيا الأساس في إنتاج الشمس للطاقة؛ فذَرَّة الهيدروجين تتألف من بروتون واحدٍ يُشكّل النواة التي يدور حولها إلكترون واحد. وبفعل الكتلة الهائلة للشمس أو أي نجمة أخرى يتولد ضغط عال جدا، وبالتالي حرارة عالية جدًّا في مركزها يُجبر نوى ذرّات الهيدروجين من خلال التصادم على الاندماج. لكن الشحنة الموجبة المتماثلة للنواتين تتنافران بعد اقترابهما الشديد من بعضهما، ويُشكّل هذا حاجز طاقة. هنا تعمل ظاهرة التسرب؛ حيث يتصرف البروتون كموجة ويخترق حاجز الطاقة ويحصل الاندماج، مُزيحًا طاقةً كبيرةً ستشع بشكل ضوء وحرارة. إن الاحتمالية المنخفضة لحصول عملية التسرب للبروتونات تفسّر حصول الاندماج النووي التدريجي في قلب الشمس وطول عمر الشمس. لكن الاشعاع الهائل للشمس يرجع إلى الأعداد الهائلة للبروتونات المتصادمة.

ومن الظواهر التي يلعب فيها التسرُّب دورًا مهما هي التحلُّل الإشعاعي للمواد المشعة مثل اليورانيوم، والتي تنطلق من نواها غير المستقرة جُسيمات وطاقة، لتتحول إلى عناصر أكثر استقرارًا. كما أن للتسرُّب تطبيقات في فيزياء المواد الصلبة وعمل الدايودات. هذه الظاهرة تعمل مع الإلكترونات والبروتونات، والفرصة تكون أكبر كلما قلت كتلة الجسيم والمسافة الفاصلة.

وكتطبيق لهذه الظاهرة اخترع المجهر النفقي الماسح (Scanning Tunnelling Microscope) وصار بالإمكان تصوير الذرات المفردة بواسطته؛ حيث يتم تقريب طرف معدني، دقيق، مدبَّب بمسافة صغيرة جدًّا من السطح المراد تصويره، فإذا كان ثمة فرق جهد بين طرف المعدن والسطح، فإن بعض الإلكترونات ستتسرب عبر الفراغ بين القطب والسطح، وتكون شدة التيار مُتأثّرةً جدًّا بالمسافة الصغيرة للفراغ، حتى وإن كان بارتفاع ذرة واحدة، وبذلك سيتم تصوير طوبوغرافية السطح على مستوى الذرات (أي يمكن تصوير الذرات المفردة) (شكل 2-6).

شكل 2-6: تصوير الذرات بمجهر التسرب الماسح (يسار) حيث تظهر الذرات المفردة كجسيمات (يمين).