新实验测得量子隧穿在瞬间发生

如果朝墙壁扔个球，百分之百球会弹回来，这是这个空间的经典物理定律。但在量子世界里，很多事情很奇妙——如果向障碍物扔去一个微观粒子，很大几率这个粒子会突然出现在障碍物的另一边。最新一份研究发现，这种称为“量子隧穿”(quantum tunneling)的现象，居然是瞬时发生的，几乎不耗时。

从字面上理解，“隧穿”像是说粒子从障碍物中间穿过，其实在量子世界，指的是概率事件，粒子可能会忽略障碍物，出现在另一端。

量子隧穿现象在常见电子设备如电子显微镜和晶体管中普遍存在。电子也不时地从原子中隧穿出来，是放射性衰变的一个主要因素。

但是长时间来科学家对量子隧穿所需的时间存在争议。一些人认为这是瞬间发生的，但这意味着粒子运动速度大于光速，有悖物理因果定律。

澳大利亚格里菲斯大学(Griffith University)和国立大学(ANU)的研究者们利用每秒1000脉冲的强激光冲击氢原子，营造发生隧穿的合适条件，让研究者们测量精确的隧穿时间。

结果发现，量子隧穿是瞬时发生的，发生在不到1.8阿秒(attoseconds，10的-18次方秒)的时间内。这个时间是个什么概念呢?研究者 Robert Sang说：“很难理解这个时间有多短，一个电子围绕原子核转一圈要100阿秒。”

但是，以前的研究测出的时间比这长很多。

对此研究者Igor Litvinyuk说，之前研究所用的原子结构很复杂，含有多个电子，“为了解释不同电子间相互作用，他们使用了不同的近似模型，再从这些模型中得出(一个电子所需的)时间。”

“我们的模型没有使用任何近似值，因为我们不用考虑电子之间的相互作用。”这份研究所用的氢原子只有单个电子。

这份研究刚发表在《自然》(Nature)期刊上。