测量量子隧穿需要多长时间

多伦多大学的一组研究人员找到了一种方法来测量量子隧穿发生的时间。该小组在《自然》杂志上发表的论文中描述了他们进行的实验以及在尝试测量在某些情况下量子隧穿需要多长时间时发现的结果。

从某种意义上说，量子隧穿很简单-尽管缺乏能量，但这种现象仍使粒子穿过能垒。科学家们并不真正知道它是如何工作的，但是无论如何它都找到了用途，例如制造扫描隧道显微镜。在过去的一个世纪里，物理学家一直在争论量子隧穿的一个因素是粒子通过能量屏障需要多少时间。

回答这个问题的困难在于时间本身的定义，以及它如何应用于量子隧道。在这项新工作中，研究人员采用了一种简化的方法来测量一种类型的粒子(a原子)穿过一种非常特殊的能量屏障(激光束)所花费的时间。在他们的实验中，“时钟”是所用the原子的自旋-由于自旋的持续时间是已知的量，因此可以通过测量在经受测试(例如通过)时发生了多少自旋来将它们用作时钟。激光束。因此，研究人员所要做的就是在原子进入光束之前注意原子的自旋状态，然后在退出时再次进行测量。

该计划的执行包括使用激光束捕获a原子云，然后使用相同的激光束将原子移动到另一个激光束的路径中，并在第二束激光的任一侧测量其自旋。为了更容易测量原子的自旋，研究人员首先将云超冷，然后再将其发送通过能垒。对自旋变化的测量表明，隧穿花费了大约0.62毫秒。

在进一步的研究中，研究人员希望了解更多原子穿过障碍物的轨迹-他们还指出，一些理论认为粒子能够穿过障碍物而从未穿过其内部。