Потенційна яма у фізиці, обмежена область простору, в якій потенційна енергія частки менша, ніж поза нею. Термін «П. я.» походить від вигляду графіка, що змальовує залежність потенційної енергії V частки, що знаходиться в силовому полі, від її положення в просторі (в разі одновимірного руху — від координати х; мал. 1 ). Така форма залежності V ( x ) виникає в полі сил тяжіння. Характеристики П. я. — ширина (відстань, на якій виявляється дія сил тяжіння) і глибина (рівна різниці потенційних енергій частки на краю» ями і на її «дні», відповідному мінімальній потенційній енергії). Основна властивість П. я. — здатність утримувати частку, повна енергія E якої менше глибини ями V 0 ; така частка усередині П. я. знаходитиметься в зв'язаному стані .
В класичній механіці частка з енергією E < V 0 не зможе вилетіти з П. я. і весь час рухатиметься в обмеженої області простору усередині ями; стійкій рівновазі відповідає положення частки на «дні» ями (воно досягається при кінетичній енергії частки Екин = E — V = 0). Якщо ж E > V 0 , те частка здолає дію сил тяжіння і покине яму. Прикладом може служити рух пружної кульки, що знаходиться в полі сил земного тяжіння, в чашці з пологими стінками ( мал. 2 ).
В квантовій механіці, на відміну від класичної, енергія частки, що знаходиться в зв'язаному стані в П. я., може приймати лише визначені дискретні значення, тобто існують дискретні рівні енергії (див., наприклад, мал.(малюнок) 6 до ст. Квантова механіка ) . Проте така дискретність рівнів стає помітною лише для систем, що мають мікроскопічні розміри і маси. По порядку величини відстань D E між рівнями енергії для частки маси m в «глибокій» ямі ширини а визначається велічиной D E ~/ma 2 ( — Планка постійна ) . Наїнізший (основний) рівень енергії лежить вище за «дно» П. я. (див. Нульова енергія ) . В П. я. малої глибини ( V про £ /ma 2 ) зв'язаний стан може взагалі бути відсутнім (так, протон і нейтрон з паралельними спинами не утворюють зв'язаної системи, не дивлячись на існування сил тяжіння між ними).
Крім того, згідно з квантовою механікою, частка, що знаходиться в П. я. з «стінками» кінцевої товщини (типа кратера вулкана), може покинути П. я. за рахунок тунельного ефекту навіть в тому випадку, якщо її енергія менше висоти ями (ср. із ст. Потенційний бар'єр ) .
Форма П. я. і її розміри (глибина і ширина) визначаються фізичною природою взаємодії часток. Важливий випадок — кулонівська П. я., що описує тяжіння атомного електрона ядром. Поняття «П. я.» широко застосовується в атомній і молекулярній фізиці, а також в фізиці твердого тіла і атомного ядра..
