在亞原子水平上，粒子可以飛過看似無法通行的障礙物，如幽靈。

幾十年來，物理學(xué)家們一直在想這個(gè)所謂的量子隧道需要多長(zhǎng)時(shí)間?，F(xiàn)在，經(jīng)過三年的調(diào)查，一個(gè)理論物理學(xué)家的國(guó)際團(tuán)隊(duì)得到了答案。根據(jù)一項(xiàng)新研究，他們測(cè)量了氫原子的隧道電子，發(fā)現(xiàn)其通過幾乎是瞬間的。

粒子可以通過固體物體，不是因?yàn)樗鼈兎浅Ｐ?盡管它們是)，而是因?yàn)槲锢硪?guī)則在量子水平上是不同的。

想象一下，一個(gè)球從一個(gè)山谷向著一個(gè)高達(dá)珠穆朗瑪峰的斜坡上滾下來; 如果沒有噴氣背包的提升，球?qū)⒂肋h(yuǎn)沒有足夠的能量來清理山丘。但是亞原子粒子不需要越過山丘到達(dá)另一側(cè)。

粒子也是波浪，在空間中無限延伸。根據(jù)所謂的波動(dòng)方程，這意味著可以在波浪上的任何位置找到粒子。

現(xiàn)在想象波浪撞擊障礙; 它繼續(xù)通過但失去了能量，它的振幅(峰值的高度)下降了。但如果障礙物足夠薄，則波浪的振幅不會(huì)衰減到零。只要在扁平波浪中還剩下一些能量，就有一些機(jī)會(huì) - 盡管是一個(gè)小的 - 粒子可能會(huì)飛過山丘并從另一側(cè)飛出。

研究報(bào)告的共同作者，實(shí)驗(yàn)性量子物理學(xué)家，澳大利亞格里菲斯大學(xué)教授羅伯特桑在一封電子郵件中告訴Live Science，在量子水平進(jìn)行這項(xiàng)難以捉摸的活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)至少可以說是“非常具有挑戰(zhàn)性”。

“你需要結(jié)合非常復(fù)雜的激光系統(tǒng)，反應(yīng)顯微鏡和氫原子束系統(tǒng)才能同時(shí)工作，”桑說。

用光保持時(shí)間

研究人員使用了一種名為attoclock的光學(xué)計(jì)時(shí)裝置- 超短的偏振光脈沖，能夠測(cè)量電子在阿秒或十億分之一秒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。研究人員報(bào)告說，他們的attoclock以每秒1000個(gè)脈沖的速度在水中沐浴氫原子，這使原子電離，使得它們的電子可以通過屏障逃逸。

屏障另一側(cè)的反應(yīng)顯微鏡測(cè)量了電子出現(xiàn)時(shí)的動(dòng)量。反應(yīng)顯微鏡檢測(cè)到帶電粒子與來自attoclock的光脈沖相互作用后的能量水平，“從中我們可以推斷出通過屏障所需的時(shí)間，”Sang告訴Live Science。

“我們可以測(cè)量的精確度是1.8阿秒，”桑說。他補(bǔ)充說：“我們得出的結(jié)論是隧道掘進(jìn)必須小于1.8阿秒” - 接近即刻。

盡管測(cè)量系統(tǒng)很復(fù)雜，但研究人員實(shí)驗(yàn)中使用的原子很簡(jiǎn)單 - 原子氫，它只含有一個(gè)電子。根據(jù)該研究，其他研究人員進(jìn)行的先前實(shí)驗(yàn)使用了含有兩個(gè)或多個(gè)電子的原子，如氦，氬和氪。

由于自由電子可以相互作用，這些相互作用可以影響粒子的隧穿時(shí)間。Sang解釋說，這可以解釋為什么先前研究的估計(jì)比新研究更長(zhǎng)，并且?guī)资?。研究人員報(bào)告說，氫原子結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性使得研究人員能夠以先前嘗試中無法達(dá)到的精度校準(zhǔn)他們的實(shí)驗(yàn)，從而創(chuàng)建了一個(gè)重要的基準(zhǔn)，現(xiàn)在可以測(cè)量其他隧道粒子。