在亚原子水平上，粒子可以像幽灵一样穿过看似不可逾越的屏障。

 

几十年来，物理学家们一直想知道这种所谓的量子隧穿需要多长时间。现在，杏耀官方经过三年的调查，一个由理论物理学家组成的国际团队找到了答案。根据一项新的研究，他们测量了氢原子的隧穿电子，发现它的通过几乎是瞬间的。

 

粒子能穿过固体并不是因为它们非常小(尽管它们很小)，而是因为物理规则在量子水平上是不同的。

 

想象一下，一个球沿着山谷滚向珠穆朗玛峰一样高的斜坡;如果没有喷气背包的助推，球永远不会有足够的能量越过山丘。但是亚原子粒子不需要越过山丘就能到达另一边。

 

粒子也是波，在空间中无限延伸。根据所谓的波动方程， 杏耀平台 ，这意味着可以在波的任何位置找到一个粒子。

 

现在想象一下海浪撞击障碍物的情景;它继续前进，但失去了能量，它的振幅(峰值的高度)下降了很多。但是如果障碍物足够薄，波的振幅不会衰减到零。只要平坦的波中还有剩余的能量，粒子就有可能——尽管很小——从山的另一边飞出去。

 

澳大利亚格里菲斯大学(Griffith University)教授、实验量子物理学家罗伯特·桑(Robert Sang)是这项研究的共同作者，他在一封电子邮件中告诉Live Science，至少可以说，在量子层面进行捕捉这种难以捉摸的活动的实验“非常具有挑战性”。

 

“你需要把非常复杂的激光系统、反应显微镜和氢原子束系统结合起来才能同时工作，”桑说。

 

他们的建立确立了三个重要的参照点:与原子相互作用的开始;一个自由电子预计从势垒后面出现的时间;桑在一段视频中说，它真正出现的时间。

 

与光同步

 

研究人员使用了一种叫做attoclock的光学计时装置——一种超短的偏振光脉冲，能够测量电子运动到阿特秒，即十亿分之一秒的十亿分之一。研究人员报告说，他们的attoclock以每秒1000次脉冲的速度将氢原子沐浴在光中，从而使原子电离，从而使它们的电子可以通过屏障逃逸。

 

势垒另一边的反应显微镜测量电子出现时的动量。桑在接受《生活科学》杂志采访时表示，杏耀反应显微镜可以检测带电粒子与attoclock发出的光脉冲相互作用后的能量水平，“从这一点我们可以推断出穿过屏障所需的时间。”

 

“我们能测量到的精度是1.8阿秒，”桑说。他补充说:“我们能够得出这样的结论，即隧道效应一定小于1.8阿秒。”

 

虽然测量系统很复杂，但研究人员实验中使用的原子很简单——氢原子，它只包含一个电子。根据这项研究，其他研究人员此前进行的实验使用了包含两个或更多电子的原子，如氦、氩和氪。

 

因为自由电子可以相互作用，这些相互作用可以影响粒子的隧穿时间。桑教授解释说，这就可以解释为什么先前的研究估计的时间比新研究的要长，而且要比新研究的估计时间长几十阿秒。研究人员报告说，氢原子结构的简单性使研究人员能够以以前无法达到的精度校准实验，这为其他隧穿粒子的测量提供了一个重要的基准。