铷原子隧穿时间测量和量子秒表

通过将50岁思想实验量子时钟付诸实践,物理学家们首次测定铷原子花多长时间在“禁止”屏障地区在量子隧道- 0.6 ms。工作旨在解决争议隧穿时间,也见过一些研究提出有限次而其他人认为这个过程是瞬时的。

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讲解员:量子隧道效应是什么?

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隧道允许粒子,光子,电子或原子例如-出现在另一边的一个潜在的能量势垒他们没有足够的能量来克服。而这一现象在核聚变等过程中扮演着重要的角色在阳光下,甚至植物光合作用,其细节保持神秘。几十年来,科学家们一直在试图确定需要多长时间一个粒子穿过一个障碍——证明了分裂的奋进号。一些科学家建议隧道需要几阿秒,别人说这是瞬时的,这意味着它比光速快。

这是因为时间在量子尺度不能被直接观察到,所以科学家们想出了一个解决方案。最著名的实验之一,attoclock,推导出隧道时通过测量电子的角动量踢出一个原子的椭圆极化激光。但实验对隧穿过程开始时做一些假设。一些理论计算发现测量动力实际上是由于-部分或完全无关的其他影响与隧道。

很短的时间内

现在,一个团队雷蒙拉莫斯加拿大多伦多大学的决定超冷铷原子隧穿时间——它不是瞬时的。这是第一次直接测量多久这样的大规模粒子花在一个屏障,拉莫斯说。要做到这一点,研究人员把长达半世纪的旧式思想实验,称为拉莫尔时钟,付诸实践。

他们创造了一个潜在的能量势垒使用激光束的电磁场排斥原子的偶极子。然后,大约8000铷原子被冷却到接近绝对零度,他们不能克服障碍,古典意味着——他们唯一的逃生途径是隧道,他们将对磁场的屏障。

一对拉曼激光作为实验中的时钟。在原子内部的障碍,也只有到那时,激光场旋转旋转。之前知道原子的自旋状态进入障碍和测量多远它旋转后退出就像隧道秒表,拉莫斯解释道。当移动4.1毫米/秒时,内部的原子花0.6毫秒1.3μm-thick激光障碍。

从我的观点来看,我们的实验是相当干净,相当简单,”拉莫斯说。我认为它可以帮助解决这个问题,有点争议。”

滴答作响的时钟

“我马上认为这是一个非常美丽的实验,最终应该在量子力学教科书,”说奥尔加Smirnova,他是强场理论组马克斯研究所生于柏林,德国。”在我看来,这项工作已经毫无疑问,当一个量子系统与内部自由度-内部时钟方式量子势垒和隧道通过它…时钟会告诉你,的确,定时,隧道发生。”

科妮莉亚霍夫曼,研究阿托秒强场电子动力学伦敦大学学院,英国表示,建立拉莫尔时钟量子模拟器的想法是“非常有趣”。虽然这项研究并不一定解决争议attoclock测量,这是特定于其设置,“拉莫尔时钟预测一定(隧道),这是与哪些度量attoclock得出的,她补充道。

即使拉莫尔时钟,捕捉,Smirnova说。如果相同的量子系统方法对称的障碍,而不是隧道,会得到反映,内部时钟将测量的同时,就像理论上所示(该研究的合著者)Aephraim斯坦伯格早些时候。

下一步是打破这隧穿时间所花费的时间而进入障碍,所花费的时间内完全障碍和所花费的时间而在另一边,“表明Smirnova。据斯坦伯格的早期理论工作,——如果不是全部的话——的大部分时间将花在入口和出口。

除了满足好奇心,有实际意义,更好地理解量子现象,霍夫曼解释说。流程涉及到隧道包括半导体,电子空穴对运动人工光合作用和激光电子衍射,用于解决蛋白质结构。