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科学家测量出量子隧穿过程所需的时间
多伦多大学的研究人员找到了一种方法，可以测量量子隧穿过程的时间。《自然》刊发了他们的论文。
从某种意义上说，量子隧穿很简单——在经典力学里，下游的小船如果没有外在动力来源，则只会随波逐流，离上游越来越远；但是在量子力学的世界里，小船可以自发地逆流而上！
科学家们并不真正了解量子隧穿的本质，不过有很多猜测。比如说，依据不确定性原理，小船自身也处于各种可能的状态中，如果某个未来的时间点成为现实，小船向那时的自己“借来”能量，逆流而上——当然，和所有假说一样，目前还缺少过硬的证据。但是无论如何，量子隧穿现象具有实际的用途，如制造扫描隧道显微镜。在过去的一个世纪里，物理学家一直在争论一个问题，粒子发生隧穿时，跨越能量壁垒的过程需要多少时间。
要想解答这一问题，困难点在于时间本身的定义。在这项新工作中，研究人员采用了一种简化的方法来测量特定类型的粒子(铷原子)穿过一种非常特殊的能量屏障(激光束)所花费的时间。在他们的实验中，“时钟”是所用原子的自旋——由于自旋的持续时间是已知的量，因此，研究人员所要做的就是在原子进入光束之前注意原子的自旋状态，然后在量子隧穿发生后再次进行测量。(这里的意思字面理解是这样，隧穿发生的快，原子没有完成一圈自旋，所以看它旋转了多少角度，换算成时间——但实际上，量子的自旋是个独立的物理量，不要想象成苹果或地球的自旋。它是和质量一样的基本物质属性。但方便理解，按字面的意思来就行吧。)
使用激光束俘获铷原子云，然后用同一激光束将原子移动到另一束激光束的路径中，并测量原子第二束激光束两侧的自旋。为了更容易测量原子的自旋，研究人员首先将使原子云处于超冷态，然后再将其发送通过能量势垒。对自旋变化的测量表明，隧穿花费了大约0.62毫秒。
在以后的研究中，研究人员希望了解原子穿过障碍物的轨迹——有理论认为，粒子能够穿过障碍物而无需经过其内部(就是空间瞬移啦，只是需要起手时间)。
更多信息： RamónRamos等。《自然》(2020)衡量势垒区内隧穿原子所花费的时间。DOI：10.1038/s41586-020-2490-7