量子世界是一个相当疯狂的世界,在那里,看起来不可能的事情总是发生:相隔数英里的微小物体彼此联系在一起,粒子甚至可以同时出现在两个地方。但最令人困惑的量子超能力之一是粒子通过看似不可逾越的障碍的运动。
现在,一组物理学家发明了一种简单的方法来测量这种奇异现象的持续时间,这种现象被称为量子隧穿。他们计算出了隧道从开始到结束的时间——从粒子进入屏障,穿过隧道然后从另一边出来的时间,他们在7月22日的《自然》杂志上在线报道。
量子隧穿是一种现象,原子或亚原子粒子可以出现在屏障的另一边,而这应该是不可能的粒子穿透。这就好像你走在路上,遇到了一道10英尺(3米)高的墙,一直延伸到视线所及之处。没有梯子或蜘蛛侠攀爬技能,
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然而,在量子世界中,一个原子或电子简单地“出现”在另一边,198彩平台黑钱吗,从没听过198彩黑钱的消息
198彩娱乐,一直以来198彩票平台官网打的旗号就是不黑钱,信誉好,技术666,游戏彩种丰富,就像在墙上挖了一个隧道一样,这种情况很少见,但却是可能的。“量子隧穿是最令人困惑的量子现象之一,”该研究的合著者、加拿大高级研究院量子信息科学项目的联合主任Aephraim Steinberg说。“我们现在能够以这种方式研究它,这真是太棒了。”
量子隧穿对物理学家来说并不新鲜。它构成了许多现代技术的基础,如电子芯片,被称为隧道二极管,它允许电流沿一个方向而不是另一个方向通过电路。扫描隧道显微镜(STM)也使用隧道来真实地显示固体表面的单个原子。在第一台STM被发明后不久,IBM的研究人员报告说,他们使用该设备在镍基板上用35个氙原子拼出了字母IBM。
虽然量子力学定律允许量子隧穿,但研究人员仍然不知道当亚原子粒子经历隧穿过程时到底发生了什么。据Sci-News.com报道,事实上,一些研究人员认为,粒子瞬间出现在屏障的另一边,就好像它瞬间传送到了那里。
研究人员此前曾试图测量隧道挖掘发生所需的时间,结果各不相同。这类实验的早期版本的难点之一是确定隧道开始和停止的时刻。为了简化方法,研究人员使用磁铁创造了一种新的“时钟”,它只会在粒子隧穿时滴答作响。
亚原子粒子都具有磁性,当磁体处于外部磁场中时,它们会像陀螺一样旋转。旋转的量(也称为旋进)取决于粒子在磁场中停留的时间。知道这一点后,多伦多小组利用磁场形成了他们的势垒。当粒子在势垒内时,它们会进动。在外面,他们不会。因此,通过测量粒子进动的时间,研究人员就知道了这些原子通过势垒需要多长时间。
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研究人员准备了大约8000个铷原子,将其冷却到绝对零度以上十亿分之一度。原子需要达到这样的温度,否则它们就会以高速随意移动,而不是停留在一个小团中。科学家们使用激光来制造磁势垒;他们将激光聚焦到一个1.3微米厚的屏障上,相当于2500个铷原子的厚度。(所以,如果你前后有一英尺厚,这个屏障就相当于半英里厚。)利用另一束激光,科学家们以每秒0.15英寸(4毫米/秒)的速度将铷原子推向屏障。
正如预期的那样,大多数铷原子被势垒反弹。然而,由于量子隧穿效应,约有3%的原子穿过势垒出现在另一侧。根据这些原子的进动,它们大约需要0.6毫秒才能穿过势垒。
乍得Orzel、物理学副教授联合大学在纽约,他没有研究的一部分,称赞这个实验,”他们的实验是巧妙地构造很难解释任何其他比他们所说的一样,“Orzel说,作者的“量子力学如何教狗”(斯克里布纳尔出版社,2010年)”是一个最好的例子,您将看到一个思想实验的真实的,”他补充道。
探索量子隧穿的实验是困难的,需要进一步的研究来理解这项研究的含义。多伦多小组已经在考虑对他们的仪器进行改进,不仅可以确定隧道过程的持续时间,还可以看看他们是否可以了解到原子在势垒内不同位置的速度。Steinberg说:“我们正在研究一种新的测量方法,我们使势垒变厚,然后确定不同深度的进动量。”“观察原子的速度是否恒定将是非常有趣的。”
在量子力学的许多解释中,即使在原则上,也不可能确定亚原子粒子的轨迹。这样的测量可能会让我们对量子理论这个令人困惑的世界有更深入的了解。量子世界和我们熟悉的世界非常不同。像这样的实验将有助于让它不那么神秘。