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【分享】量子隧穿的电子首次被观察到
夜市
2007/04/24
私聊
物理知识
德国科学家在最新一期英国《自然》杂志上发表论文介绍说,他们最近首次测量到通过量子通道“逃离”原子的电子,而且发现每个电子“逃离”的速度极为惊人。
电子带负电荷,在带正电荷的原子核的吸引下被束缚在原子内部。就经典物理学而言,如果电子没有在一段时间内获得足够的能量,它就无法“逃离”原子核的束缚。但量子力学可以提供另一种方法,电子可以直接通过量子通道逃脱出来。科学家比喻说,这好比站在一座山前的人们需要到达山的另外一边,通常情况下只能翻越山岭,但量子世界里还有另外一种可能,即通过“隧道”直接抵达山的另一边。
量子通道在微观世界普遍存在,但这一现象迄今仍未被观测到,原因是原子在失去电子后迅速从外界环境又找回新的电子进行补充,其过程过于短暂,任何传统方法都无法测量。不过,近年来光学研究的进步,为观测这一现象提供了有力工具。
德国马克斯•普朗克量子光学研究所的弗伦克•克劳兹介绍说,光学研究已经迈进了阿秒(1阿秒为百亿亿分之一秒)领域,这为测量电子通过量子通道“逃离”提供了方法。
克劳兹领导的研究人员用两种精心设计成同步的阿秒级激光脉冲——紫外线脉冲和红外线脉冲——攻击氖原子,紫外线脉冲通过提升电子能量为电子“逃离”氖原子做好准备,但这一能量不足以使电子按照经典物理学描述的方式脱离原子。然后研究人员在红外线脉冲中设计3个峰值,以抵消来自原子核的吸力,这就给电子提供了3个“逃离窗口”。不过,由于所选用的脉冲是阿秒级的,因此“逃离窗口”开启时间非常短暂,只有通过量子通道的电子才有可能成功“逃离”。
结果发现,在这3个“逃离窗口”都能够测量到从原子“逃离”出来的自由电子,这就证明了单个电子可以在极短的时间内实现“逃离”,也进一步证明量子通道确实存在。
来源:新华网 发布时间:2007年4月9日
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