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物理学家首次记录了量子隧穿幽灵般的速度

2019-3-20@艾米 0 评论

在量子物理学中,粒子可以“穿过”看似难以穿透的屏障,即使它们显然没有能量这样做。现在,研究人员在幕后搜集资料,以便更好地了解这一技巧是如何做到的。

几十年来,这个问题一直困扰着科学家们 – 尤其是粒子进行量子隧穿,并从屏障的一侧进入另一侧所需的时间。

对于这些实验中使用的氢原子粒子,研究人员发现它是瞬间发生的。

物理学家首次记录了量子隧穿幽灵般的速度

之前已经对这种即时传输进行了研究,但是现在科学家们已经在实验室中使用了一种称为“光钟”(attoclock)的特殊设备来观察它:一种利用光的特性来测量粒子进展的设备。

来自澳大利亚格里菲斯大学的团队成员 Robert Sang说道“我们使用最简单的原子氢原子,我们发现我们可以测量的东西没有延迟。”

光钟设置使用每秒1000个超短的光脉冲与氢原子相互作用,这些脉冲的瞬时功率为30千兆瓦。这就创造了原子的单个电子可以通过屏障的条件。

通过使用具有简单原子结构的氢原子,该团队能够消除先前在量子粒子隧穿实验中所考虑的近似值。

Sang说“有一个定义明确的点,我们可以从那里开始相互作用,有一个点,我们知道如果电子是瞬时的,它应该从哪里出来。所以任何和那个时候不同的东西,我们都知道,穿过屏障需要多长时间。这就是我们衡量它需要多长时间的方法。它与实验不确定性中的理论一致,与瞬时隧道效应一致。”

这是量子力学的另一个谜团,科学家们现在有了更好的处理,在物理学家自20世纪30年代以来一直在处理的一个棘手问题上取得了进展。

从这些历时三年的光时钟实验中收集到的新知识,在量子隧穿发生的任何地方都很有用,包括电子显微镜和计算机内部的晶体管。

量子隧道也被认为是从多余的辐射和余热中获取能量的一种方式,所以我们越了解这个过程的实际工作方式效果就越好。

与此同时,这项新研究可以作为研究其他种类原子如何通过屏障以及以何种速度穿越的基础,这可能会导致关于这一现象的大量新发现。

研究人员之一,来自格里菲斯大学的Igor Litvinyuk 说“现在我们已经测试了这个原子,我们可以用其他原子对这个过程进行基准测试,以便可能学习新的物理学。我们知道测试原子给了我们零延迟的结果,因此所有其他延迟都可以相对于进行校准。”

本文源自 sciencealert ,由米粮仓 艾米 基于创作共用协议(CC BY-NC)发布。

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