@ 2019.03.23 , 11:00

实验证实:量子隧穿是瞬间发生的

现在,研究人员死死盯上了量子魔术师的舞台,希望找到隐藏的机关,搞清楚戏法的奥妙。

量子隧穿是量子物理学中一个已经得到充分验证的现象:一个粒子可以在能量不足的情况下穿越某处屏障。

教科书上最常用的一个类比例子就是山脚下的小球:在经典物理学中,你需要赋予小球足够的动能才能让它滚动到山顶,然后再顺坡滚动到山的另一边。

但是在量子物理学中,由于物体的位置和动量具有“不确定性”的制约关系——这是量子力学中的核心概念,因此小球可以用更少的能量穿山而过,到达山的另一边。

数十年来,这个问题始终令科学家困惑不已——尤其是量子隧穿过程(小球从山脚到另一边),到底用去了多少时间。

最新的实验里使用氢原子,研究人员发现,当前情况下,隧穿是瞬间发生的

之前也有过类似的实验,但是现在科学家们拥有了一种被称为attoclock的特殊设备:一种利用光的特性来测量粒子的设备。

“使用结构最简单的氢原子,我们发现并没有能够被测量到的时间延迟。”来自澳大利亚格里菲斯大学的团队成员Robert Sang说道。

Attoclock每秒发出1000道超短脉冲与氢原子相互作用,脉冲具有30千兆瓦的瞬时功率。这创造了原子的单个电子穿越能量势垒的条件。

使用原子结构简单的氢原子,该团队能够消除先前量子隧穿实验中无法避免的近似值。

“有了一个定义明确的点,使我们知道该在那里开始,且如果隧穿是瞬间完成的,也可以知道电子应该在哪里出现。”Sang说,“我们可以通过电子出现的位置,来计算穿越势垒所消耗的时间。这就是实验的基本思路。”

“结果在实验误差内支持了瞬时隧穿的理论。”

这是量子力学的另一个神秘之处,也是物理学家自20世纪30年代以来一直在努力解决的棘手问题,如今终于取得了进展。

量子隧穿效应具有实际应用价值,从电子显微镜到计算机内部的晶体管都依赖这一量子特性。甚至有人认为,可以借助量子隧穿效应从过量辐射和废热中获取能量。所以,相关知识越丰富,对科技发展就越有利

与此同时,基于氢原子的新研究可以作为其他原子实验的基础,这可能会引出大量的新发现。

研究人员之一、格里菲斯大学的Igor Litvinyuk说:“因为我们实验中用到的氢原子具有零延迟隧穿效应,因此所有其他实验都可以用它来校准时间。”

该研究发表在Nature上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

赞一个 (10)