新實驗測得量子隧穿在瞬間發生

如果朝牆壁扔個球，百分之百球會彈回來，這是這個空間的經典物理定律。但在量子世界裡，很多事情很奇妙——如果向障礙物扔去一個微觀粒子，很大機率這個粒子會突然出現在障礙物的另一邊。最新一份研究發現，這種稱為“量子隧穿”(quantum tunneling)的現象，居然是瞬時發生的，幾乎不耗時。

從字面上理解，“隧穿”像是說粒子從障礙物中間穿過，其實在量子世界，指的是概率事件，粒子可能會忽略障礙物，出現在另一端。

量子隧穿現象在常見電子設備如電子顯微鏡和晶體管中普遍存在。電子也不時地從原子中隧穿出來，是放射性衰變的一個主要因素。

但是長時間來科學家對量子隧穿所需的時間存在爭議。一些人認為這是瞬間發生的，但這意味著粒子運動速度大於光速，有悖物理因果定律。

澳大利亞格里菲斯大學(Griffith University)和國立大學(ANU)的研究者們利用每秒1000脈衝的強激光衝擊氫原子，營造發生隧穿的合適條件，讓研究者們測量精確的隧穿時間。

結果發現，量子隧穿是瞬時發生的，發生在不到1.8阿秒(attoseconds，10的-18次方秒)的時間內。這個時間是個什麼概念呢?研究者 Robert Sang說：“很難理解這個時間有多短，一個電子圍繞原子核轉一圈要100阿秒。”

但是，以前的研究測出的時間比這長很多。

對此研究者Igor Litvinyuk說，之前研究所用的原子結構很複雜，含有多個電子，“為了解釋不同電子間相互作用，他們使用了不同的近似模型，再從這些模型中得出(一個電子所需的)時間。”

“我們的模型沒有使用任何近似值，因為我們不用考慮電子之間的相互作用。”這份研究所用的氫原子只有單個電子。

這份研究剛發表在《自然》(Nature)期刊上。