北京治疗白癜风去那个医院 https://jbk.39.net/yiyuanzaixian/bjzkbdfyy/ffxbdf/尽管它不能使你越过砖墙进入9站台以赶上霍格沃茨特快列车，但量子隧道（即穿过无法逾越的障碍的粒子“隧道”）仍然是一个令人困惑、违反直觉的现象。现在，多伦多的实验物理学家使用铷原子研究这种效应，并首次测量了铷原子在通过屏障过程中花费的时间。这个发表在7月22日《自然》杂志上的研究表明，至少在某种程度上，量子隧穿并不是瞬时的。神奇的量子隧道“这是一个美丽的实验，”从事量子隧道研究的同行、澳大利亚格里菲斯大学的伊戈尔·利特维努克说，“只是要做这是一项英勇的努力。”要了解量子隧道的奇异之处，请考虑在平坦的地面上滚动的球遇到一个小的圆形小丘。接下来会发生什么取决于球的速度。因为它没有足够的能量来越过顶部，所以它要么到达顶部然后在另一侧向下滚动，要么爬到一半的山坡上然后向下滑回。但是，这种情况不适用于量子世界中的粒子。即使粒子没有足够的能量超过小丘的顶部，有时它仍然会到达另一端。研究论文的共同作者，多伦多大学的Aephraim·Steinberg说：“这似乎是粒子在山下挖了一个隧道，然后出现在另一侧。”通过根据粒子的波函数，可以更好地理解这种奇怪现象。波函数演化并扩散，而且它在任何时间和空间点上的振幅都可以让你计算在那时和那里发现粒子的概率。根据波函数，这个概率在许多地方可能不止一次不为零。如果粒子遇到势垒，则波函数会发生改变，从而开始在势垒内部呈指数衰减。即使这样，粒子中的一部分仍然会泄漏出去，并且其幅度在势垒另一侧不会变为零。因此，检测到越过障碍物的粒子仍然具有有限的概率，尽管很小。超光速？自年代后期以来，物理学家就已经知道了量子隧穿。如今，这种现象已成为诸如隧道二极管、扫描隧道显微镜和用于量子计算的超导量子位等设备的核心。自发现以来，实验者一直在努力更清楚地了解隧道过程中发生的情况。例如，在年，当时加州大学伯克利分校的保罗·奎亚特和雷蒙德·乔奥都检测到了光子通过光障的隧道效应（一块特殊的玻璃反射了99％的入射光子，其余1％进入了隧道）。平均而言，隧穿光子比经过完全相同的距离但不受障碍物阻挡的光子更早到达。隧道光子的传播似乎快于光速。仔细的分析表明，从数学上讲，隧穿光子的波函数的峰值以超光速传播。但是，不受阻碍的光子和隧穿光子的波函数的前沿都同时到达它们的检测器，因此不会违反爱因斯坦的相对论。斯坦伯格说：“允许波函数的峰值快于光，而没有信息或能量的传播快于光。”去年利特维努克和他的同事发表的研究结果表明，当氢原子中的电子受到充当阻挡层的外部电场的限制时，它们偶尔会穿过它。正如理论所预测的，随着外场强度的振荡，隧穿电子的数量也随之增加。研究小组确定，从势垒达到最小到隧穿最大电子之间的时间延迟最多为1.8阿秒（1阿秒等于10的负18次方秒）。甚至以每秒约30万公里的速度传播的光，在一秒钟内只能传播超过十分之三米的十亿分之一米，或者说大约一个原子的大小。一些有争议的媒体报道称，格里菲斯大学的实验表明隧道是瞬时的。混乱与隧道时间的理论定义有很大关系。研究小组测得的延迟类型肯定几乎为零，但是结果与说电子没有在障碍中花费时间是不同的。利特维努克和他的同事们没有研究量子隧道的这一方面。非瞬时性斯坦伯格的新实验声称可以做到这一点。他的团队测量了隧道内原子平均在通过屏障之前要花费多长时间。时间大约是毫秒，几乎没有瞬时发生。斯坦伯格和他的同事们首先将原子冷却到大约一个开尔文，然后用激光诱导它们在一个方向上缓慢移动。然后，他们用另一台激光器阻挡了这条路径，形成了约1.3微米厚的光学屏障。为了测量粒子穿过隧道时在屏障中所花费的时间。该团队使用复杂的激光和磁场组合来构造原子态跃迁，从而构建了所谓的拉莫尔钟的版本。我们可以这样理解拉莫尔钟：想象一个粒子的自旋指向某个方向并将其视为钟针。粒子遇到障碍物，并且在其内部是磁场，钟针就会旋转。粒子在屏障内停留的时间越长，它与磁场的相互作用就越多，钟针的旋转就越多。所以，旋转量就可以作为时间的度量。不幸的是，如果粒子与足够强的磁场相互作用，则其量子态将崩溃，破坏隧穿过程。因此，斯坦伯格的小组采用了一种称为弱测量的技术，即势垒内部的弱磁场不会干扰隧穿，却仍会使原子的钟针发生不可预测的移动。因此，一旦该原子离开障碍，就可以进行测量。取整体的钟针位置的平均值，我们就会得到一个可以解释为单个原子正确值的数字。基于这种微弱的测量，研究人员发现他们实验中的原子在势垒内部花费了约0.61毫秒。他们还证实了对量子力学的另一种奇怪的预测：隧穿粒子的能量越低或运动越慢，则其在势垒中所花费的时间就越少。这个结果是违反直觉的，因为在我们日常关于世界运转方式的观念中，预计较慢的粒子将在屏障中保留更长的时间。斯坦伯格承认，他的团队的解释将受到一些量子物理学家的质疑，特别是那些认为微弱测量本身值得怀疑的量子物理学家。尽管如此，他认为实验表明隧道时间没有什么确定性。“如果使用正确的定义，那并不是真正的瞬间。这可能非常快。”他说。“我认为那仍然是一个重要的区别。”