實驗證實：量子隧穿是瞬間發生的

現在，研究人員死死盯上了量子魔術師的舞台，希望找到隱藏的機關，搞清楚戲法的奧妙。

量子隧穿是量子物理學中一個已經得到充分驗證的現象：一個粒子可以在能量不足的情況下穿越某處屏障。

教科書上最常用的一個類比例子就是山腳下的小球：在經典物理學中，你需要賦予小球足夠的動能才能讓它滾動到山頂，然後再順坡滾動到山的另一邊。

但是在量子物理學中，由於物體的位置和動量具有「不確定性」的制約關係——這是量子力學中的核心概念，因此小球可以用更少的能量穿山而過，到達山的另一邊。

數十年來，這個問題始終令科學家困惑不已——尤其是量子隧穿過程(小球從山腳到另一邊)，到底用去了多少時間。

最新的實驗里使用氫原子，研究人員發現，當前情況下，隧穿是瞬間發生的。

之前也有過類似的實驗，但是現在科學家們擁有了一種被稱為attoclock的特殊設備：一種利用光的特性來測量粒子的設備。

「使用結構最簡單的氫原子，我們發現並沒有能夠被測量到的時間延遲。」來自澳大利亞格里菲斯大學的團隊成員Robert Sang說道。

Attoclock每秒發出1000道超短脈衝與氫原子相互作用，脈衝具有30千兆瓦的瞬時功率。這創造了原子的單個電子穿越能量勢壘的條件。

使用原子結構簡單的氫原子，該團隊能夠消除先前量子隧穿實驗中無法避免的近似值。

「有了一個定義明確的點，使我們知道該在那裡開始，且如果隧穿是瞬間完成的，也可以知道電子應該在哪裡出現。」Sang說，「我們可以通過電子出現的位置，來計算穿越勢壘所消耗的時間。這就是實驗的基本思路。」

「結果支持了量子的不確定性理論，與瞬時隧道效應一致。」

這是量子力學的另一個神秘之處，也是物理學家自20世紀30年代以來一直在努力解決的棘手問題，如今終於取得了進展。

量子隧穿效應具有實際應用價值，從電子顯微鏡到計算機內部的晶體管都依賴這一量子特性。甚至有人認為，可以藉助量子隧穿效應從過量輻射和廢熱中獲取能量。所以，相關知識越豐富，對科技發展就越有利

與此同時，基於氫原子的新研究可以作為其他原子實驗的基礎，這可能會引出大量的新發現。

研究人員之一、格里菲斯大學的Igor Litvinyuk說：「因為我們實驗中用到的氫原子具有零延遲隧穿效應，因此所有其他實驗都可以用它來校準時間。」

該研究發表在Nature上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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