量子隧道需要时间还是瞬时？
唠唠农村那些事2018-09-24 14:16
量子隧道需要时间还是瞬时？
在量子物理学的奇怪世界中，粒子穿过障碍物并不罕见，在正常情况下它们不应该通过障碍物。虽然这个称为量子隧道的过程已有详细记载，但物理学家还是无法弄清楚它是瞬间发生还是需要一定时间。现在，马克斯普朗克核物理研究所的一个团队得到了答案。
用于解释这种奇怪的量子现象的最常见类比是球在山上翻滚。通常情况下，球需要一定的能量才能将球推上翻过来，否则就会卡在底部。这很简单。但是在量子物理学中，球有可能通过称为量子隧穿的过程随机移动到山的另一侧。几十年来，这已被充分记录：从原子中逃逸的基本粒子是放射性衰变背后的关键驱动因素之一。
该过程的一部分仍有争议，即粒子通向自由的时间尺度。有两种理论：“简单的人”模型说它是瞬间发生的，所以逃逸的电子只会出现在没有速度的隧道出口处。但是在1955年，物理学家尤金·维格纳（Eugene Wigner）提出这样的想法：粒子需要有限的（尽管很短的）时间才能完成旅程。为了研究，马克斯普朗克团队在原子中诱导了电子的量子隧穿，然后测量了他们这样做的时间（如果有的话）。由于它将在非常微小的时间范围内发生，科学家们开发了一个聪明的小技巧，可以让他们看到正在发生的情况。
为了诱导量子隧穿，科学家用短激光脉冲轰击氪和氩原子的气体混合物。这暂时削弱了将电子束缚在适当位置的电场，增加了其中一个电子隧道输出的可能性。电子从原子核出射的轨迹由激光的电场引导，在这个特定的实验中，激光束旋转，这使得包含电子的“能量罐”也旋转。这意味着团队现在可以通过测量电子拉开时的轨迹来解决问题。基本上，如果粒子隧道需要任何时间，那么能量罐在它离开时会略微旋转，在不同的路线上将其发送出去，而不是瞬间发生。
使用氪和氩原子也是追踪轨迹差异的关键。这些原子具有不同的障碍高度和隧道长度，这意味着如果时间是一个因素，它们的轨迹应该略有不同。但是，如果隧道时间为零，则它们应遵循完全相同的路径。果然，研究人员发现时间在这个过程中发挥了作用。在他们的实验中，电子需要80到180阿秒（十亿分之一十亿分之一秒）才能完成这次旅行，这证实了维格纳的长期理论。
该研究发表在“物理评论快报”杂志上。
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