物理学家|原子如何快速通过屏障滑动，像幽灵穿墙一样，不需要时间吗？( 二 )
斯坦伯格(Steinberg)和拉莫斯(Ramos)的团队通过利用称为自旋的原子特性 ， 将其原子基本上制成了秒表 。 基本上 ， 您可以将原子视为微小的旋转陀螺 ， 当原子在磁场中移动时 ， 其旋转方向会稳定地旋转 。 通过跟踪原子在场中摆动的方向 ， 您可以保持时间 。 他们创建了一个仅位于势垒中的磁场 ， 并测量了原子进入势垒之前和之后的摆动位置 ， 然后根据这些测量结果计算出隧穿时间 。 “我们为原子提供了一个内部时钟 ， ”拉莫斯说 。
这种将时间保持在量子域中的方法观察粒子在磁场中有节奏地摆动甚至有一个特殊的名字：“ 拉莫尔时间(Larmor time)” ， 以爱尔兰物理学家约瑟夫拉莫尔(Joseph Larmor)的名字命名 。20世纪 。
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在2019年格里菲斯大学的实验中 ， 物理学家测量了氢原子中的电子从原子中隧穿出来的速度 。 带负电的电子被吸引到氢的正核上 。 这种吸引作用实质上将电子束缚在氢核附近 ， 从而形成电势垒 。 研究人员通过用极短的激光脉冲使原子闪烁来稍微拉动电子 ， 以增加其隧穿的可能性 。 他们测量了激光脉冲何时达到亮度峰值 ， 并假设那是电子开始隧穿的时间 。 然后 ， 如果电子从原子中隧穿出来 ， 他们将在探测器处测量逃逸的电子的速度和方向 ， 并使用该信息来计算电子何时从势垒的另一面出现 。 他们发现电子在不到十亿分之一秒的十亿分之一秒(2阿秒)内从原子中隧穿出来 ， 并暗示它是瞬间发生的 。 这种涉及短激光脉冲的方法称为原子钟技术 。
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兰德斯曼(Landsman)认为 ， 隧道不可能立即发生-一方面 ， 考虑到他们固有的缺陷工具 ， 物理学家不可能真正将过程精确地测量为零秒 。 她说：“我认为您无法通过实验证明这一点 。 ”
这两个实验都可能是正确的 ， 因为两个团队实际上使用了不同的时间定义 。 格里菲斯大学的物理学家伊戈尔利特维努克(Igor Litvinyuk)在致有线实验的一封电子邮件中写道：“我们的结果与这项工作之间绝对没有争议或差异 。 ”
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尽管如此 ， 这些小组仍绘制了两幅截然不同的图片 ， 说明粒子要经过多长时间才能通过 ， 这使自20世纪80年代以来几乎没有进行过的辩论恢复了活力 。 当时 ， 物理学家在纸上就时间的定义争论了很多 ， 但他们没有这项技术来测试隧道化需要多长时间 。兰德斯曼说：“很长一段时间以来 ， 这纯粹是理论上的辩论 。 ”
在未来的实验中 ， 斯坦伯格希望更精细地研究原子穿过势垒时的轨迹 。 “我想知道 ， 粒子在障碍物的开始、中间和末端花费了多长时间?”他说 。 这是一个有争议的问题 ， 因为并非所有的物理学家都会同意斯坦伯格的观点 ， 即原子永远在“障碍之内” 。 许多物理学家认为 ， 量子理论意味着对量子系统的任何测量都会固有地改变该系统 ， 从而阻碍任何科学家了解客观现实的能力 。
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利特维努克写道：“我不太相信'势垒区内的量子物体所花费的时间'是代表任何客观现实的完全有意义的概念’ 。 ”关于是否可以准确观察到现实的争论被广泛称为量子力学的“测量问题” ， 它引发了对量子力学的多种解释 ， 其中包括一种观念 ， 即每当有人进行测量时 ， 这个微观宇宙都会分裂成平行的分支 。
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