实验表明,量子隧穿几乎是瞬时的

2022-02-25 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:237 /
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量子力学的一个关键特征是,当一个粒子遇到一个看似不可逾越的障碍时,它会穿过隧道,最终到达另一边。来自格里菲斯大学、兰州大学、澳大利亚国立大学、德雷克大学和韩国基础科学研究所的物理学家进行的一系列实验已经确定了隧穿延迟,这也是电子从氢原子中出来或电离所需的时间。Satya Sain......

量子力学的一个关键特征是,当一个粒子遇到一个看似不可逾越的障碍时,它会穿过隧道,最终到达另一边。来自格里菲斯大学、兰州大学、澳大利亚国立大学、德雷克大学和韩国基础科学研究所的物理学家进行的一系列实验已经确定了隧穿延迟,这也是电子从氢原子中出来或电离所需的时间。

Satya Sainadh et al put an upper limit of 1.8 attoseconds on any tunneling delay, in agreement with theoretical findings and ruling out the interpretation of all commonly used ‘tunneling times’ as time spent by an electron under the potential barrier. Image credit: Griffith University.

Satya Sainadh等人对任何隧穿延迟设定了1.8阿秒的上限,与理论发现一致,并排除了将所有常用的“隧穿时间”解释为电子在势垒下花费的时间。影像学分:格里菲斯大学。

“在经典世界中,牛顿的物理定律是大的物理物体所遵循的,”合著者、格里菲斯大学量子动力学中心的罗伯特·桑教授说。

“如果你靠在一堵墙上,那堵墙会用力向后推,这样你就不会穿过它。但是当你深入到微观层面,事情的表现就完全不同了。这就是物理定律从经典变成量子的地方。”

桑教授和他的同事在澳大利亚阿秒科学设施进行了为期三年的实验,测量粒子穿过那堵墙需要多长时间。

桑教授说:“我们使用最简单的原子——原子氢,我们发现我们可以测量的东西没有延迟。

研究人员做了一个实验,他们利用光的一种特性,把它变成了一个叫做阿托洛克的“钟”。

通过发送一个光脉冲与氢原子相互作用,它创造了条件,使来自该原子的孤电子可以隧穿一个势垒。

桑教授说:“有一个明确的点,我们可以在那里开始这种相互作用,也有一个点,我们知道如果电子是瞬时的,它应该从哪里出来。

“因此,从那时起发生的任何变化,我们都知道需要那么长时间才能通过障碍。这就是我们测量时间的方法。”

"结果表明,在实验不确定性范围内,理论与瞬时隧穿一致."

研究小组测量的隧道时间被发现不超过1.8阿秒,比一些理论预测的要小得多。

“我们现在知道隧穿时间必须小于1.8阿秒& # 8212;这是十亿分之一秒的十亿分之一,”合著者伊戈尔·利特维纽克博士说,他也来自格里菲斯大学量子动力学中心。

“很难理解这有多短,但一个电子绕一个原子中的原子核运行大约需要100阿秒。”

“以前在其他地方的测试使用了更复杂的原子,包含几个或多个电子,”他解释说。

“为了解释不同电子之间的相互作用,他们使用了不同的近似模型。从这些模型中,他们提取了时间。”

“我们的模型没有使用近似值,因为我们不必担心电子-电子相互作用。”

“此外,在其中一个实验中,他们测量了两种原子之间的相对时间延迟,而不是单个原子的时间延迟。”

该发现发表在《自然》杂志上。

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单位原子氢中的阿秒角条纹和隧穿时间。自然,2019年3月18日在线发布;doi:10.1038/s 14586-019-1028-3


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