多倫多大學的研究人員找到了一種方法，可以測量量子隧穿過程的時間?！蹲匀弧房l(fā)了他們的論文。

從某種意義上說，量子隧穿很簡單——在經(jīng)典力學里，下游的小船如果沒有外在動力來源，則只會隨波逐流，離上游越來越遠；但是在量子力學的世界里，小船可以自發(fā)地逆流而上！

科學家們并不真正了解量子隧穿的本質(zhì)，不過有很多猜測。比如說，依據(jù)不確定性原理，小船自身也處于各種可能的狀態(tài)中，如果某個未來的時間點成為現(xiàn)實，小船向那時的自己“借來”能量，逆流而上——當然，和所有假說一樣，目前還缺少過硬的證據(jù)。但是無論如何，量子隧穿現(xiàn)象具有實際的用途，如制造掃描隧道顯微鏡。在過去的一個世紀里，物理學家一直在爭論一個問題，粒子發(fā)生隧穿時，跨越能量壁壘的過程需要多少時間。

要想解答這一問題，困難點在于時間本身的定義。在這項新工作中，研究人員采用了一種簡化的方法來測量特定類型的粒子(銣原子)穿過一種非常特殊的能量屏障(激光束)所花費的時間。在他們的實驗中，“時鐘”是所用原子的自旋——由于自旋的持續(xù)時間是已知的量，因此，研究人員所要做的就是在原子進入光束之前注意原子的自旋狀態(tài)，然后在量子隧穿發(fā)生后再次進行測量。(這里的意思字面理解是這樣，隧穿發(fā)生的快，原子沒有完成一圈自旋，所以看它旋轉(zhuǎn)了多少角度，換算成時間——但實際上，量子的自旋是個獨立的物理量，不要想象成蘋果或地球的自旋。它是和質(zhì)量一樣的基本物質(zhì)屬性。但方便理解，按字面的意思來就行吧。)

使用激光束俘獲銣原子云，然后用同一激光束將原子移動到另一束激光束的路徑中，并測量第二束激光束在任一側(cè)的自旋。為了更容易測量原子的自旋，研究人員首先將使原子云處于超冷態(tài)，然后再將其發(fā)送通過能壘。對自旋變化的測量表明，隧穿花費了大約0.62毫秒。

在進一步的研究中，研究人員希望了解原子穿過障礙物的軌跡——有理論認為，粒子能夠穿過障礙物而無需經(jīng)過其內(nèi)部(就是空間瞬移啦，只是需要起手時間)。

更多信息： RamónRamos等?！蹲匀弧?2020)衡量勢壘區(qū)內(nèi)隧穿原子所花費的時間。DOI：10.1038/s41586-020-2490-7

本文譯自 phys，由譯者 majer 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。