量子粒子在固体中隧道隧道时定时

当涉及到怪异的行为时,没有什么比量子世界更像了。除了那个世界一流的头刮擦纠缠之外,还有量子隧道 – 神秘的过程

当涉及到怪异的行为时,没有什么比量子世界更像了。除了那个世界一流的头刮擦纠缠之外,还有量子隧道 – 神秘的过程中,粒子以某种方式通过不可穿透的障碍找到了自己的方式。

确切的原因或什至是为什么量子隧穿的发生是未知的:粒子是否只是以相同的方式即时弹出到另一侧?纠缠颗粒相互作用?还是他们逐步隧道?以前的研究一直在冲突。

自1920年代发现,这种量子隧道发生并不是辩论。当IBM使用35个氙气原子在镍基板上著名地写下了他们的名字时,他们使用了扫描探针显微镜查看他们在做什么。隧道二极管是快速切换的半导体,可从量子隧穿中获得负电阻。

“量子隧道是量子现象中最令人困惑的隧道之一,”加拿大多伦多高级研究所量子信息科学计划的Aephraim Steinberg说。他在与科学美国人的交谈中解释说:“好像粒子挖了山下的隧道,另一个出现在另一个隧道上。”

斯坦伯格(Steinberg)是刚刚发表在《自然界》杂志上的研究的合着者,该研究提出了一系列巧妙的实验,使研究人员能够测量隧道颗粒通过障碍物找到自己的方式所花费的时间。 “我们现在能够以这种方式进行研究真是太棒了。”

图像来源:Viktoriia Debopre/Shutterstock/Big Think

确定隧道发生时间的困难之一就是确切知道何时开始和何时完成。新研究的作者通过基于颗粒的进动设计系统来解决此问题。浅色颗粒都具有磁性,并且在遇到外部磁场时旋转或“ prepess”,就像顶部一样。考虑到这一点,研究的作者决定构建具有磁场的屏障,从而导致任何经过磁场的颗粒。他们不会在进入田野之前或之后进攻,因此,通过观察和计时粒子的进动的持续时间,研究人员可以确定地确定他们在屏障中隧道所花费的时间长度。

为了构建其障碍,科学家将约8,000个rubidium原子冷却到超过绝对零的十亿个度。在这种状态下,它们形成了Bose-Einstein冷凝物,也就是第五种物质形式。在这种状态下,原子会减慢,可以将其团结在一起,而不是以高速独立飞行。 (我们之前已经写过关于太空中的Bose-Einstein实验。)

研究人员使用激光将约1.3微米厚的屏障将约2,000个Rubidium原子推在一起,并赋予其伪磁场。与单个rubidium原子相比,这是一个非常厚的墙壁,如果您自己的脚厚,则可以与半英里深。

在准备墙壁的情况下,第二个激光朝着它的单独的rubidium原子。大多数原子只是从障碍物上弹起,但大约3%的原子正按照希望的方式进行。精确的测量结果产生了结果:经过0.61毫秒的时间才能通过研究。

“这是一个美丽的实验,”澳大利亚格里菲斯大学的Igor Litvinyuk说。 “只是为了做到这一点。”南达科他州奥古斯塔纳大学的德鲁·奥尔顿(Drew Alton)告诉现场科学:“实验是一项令人叹为观止的技术成就。”

使研究人员的结果如此出色的原因是他们的明显。纽约联合学院的乍得·奥泽尔(Chad Orzel)说:“他们的实验巧妙地构建了,使他们难以解释为他们所说的话。”他称这项研究为“您将看到的思想实验真实的最好的例子之一。” Litvinyuk同意:“我没有看到这一点。”

至于研究人员本身,正在进行对实验设备的增强,以帮助他们学习更多。斯坦伯格说:“我们正在研究一种新的测量,使障碍物更厚。”此外,还有一个有趣的问题是,是否以0.61毫秒的速度发生以稳定的速度进行:“看看原子的速度是否恒定会非常有趣。”

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