Subatomiskajā līmenī daļiņas var lidot cauri šķietami neizbraucamām barjerām, piemēram, spokiem.
Gadu desmitiem ilgi fiziķi ir domājuši, cik ilgs ir tā saucamais kvantu tunelēšana. Tagad pēc trīs gadus ilgas izmeklēšanas ir sniegta atbilde starptautiskai teorētisko fiziķu komandai. Viņi izmērīja tunelēšanas elektronu no ūdeņraža atoma un atklāja, ka tā pāreja bija praktiski acumirklīga, liecina jauns pētījums.
Daļiņas var iziet cauri cietiem objektiem nevis tāpēc, ka tie ir ļoti mazi (kaut arī tie ir), bet gan tāpēc, ka fizikas likumi ir atšķirīgi kvantu līmenī.
Iedomājieties bumbiņu, kas ripo pa ieleju līdz nogāzei tikpat augsta kā Everesta kalns; bez stimulatora no jetpack bumbai nekad nebūtu pietiekami daudz enerģijas, lai notīrītu kalnu. Bet subatomiskai daļiņai nav jāiet pāri kalnam, lai nokļūtu otrā pusē.
Daļiņas ir arī viļņi, kas telpā bezgalīgi stiepjas. Saskaņā ar tā saukto viļņu vienādojumu tas nozīmē, ka daļiņa var atrasties jebkurā viļņa pozīcijā.
Tagad nofotografējiet vilni, kurš pārsteidz barjeru; tas turpina iet cauri, bet zaudē enerģiju, un tā amplitūda (pīķa augstums) samazinās līdz galam. Bet, ja šķērslis ir pietiekami plāns, viļņa amplitūda nesamazinās līdz nullei. Kamēr saplacinātajā vilnī ir palicis nedaudz enerģijas, pastāv kaut kāda iespēja - kaut arī maza -, ka daļiņa var lidot cauri kalnam un iziet no otras puses.
Eksperimentu veikšana, kas fiksēja šo nenotveramo darbību kvantu līmenī, bija maigi sakot, “ļoti izaicinošs”, pētījuma līdzautors Roberts Sangs, eksperimentālais kvantu fiziķis un Austrālijas Grifita universitātes profesors, Live Science pavēstīja e-pastā.
"Lai visi darbotos vienlaicīgi, jums jāapvieno ļoti sarežģītas lāzera sistēmas, reakcijas mikroskops un ūdeņraža atomu staru kūļa sistēma," sacīja Sangs.
Viņu uzstādījums izveidoja trīs svarīgus atskaites punktus: to mijiedarbības sākums ar atomu; laiks, kad sagaidāms, ka atbrīvots elektrons parādīsies aiz barjeras; un laiku, kad tas faktiski parādījās, Sang teica video.
Laika uzturēšana ar gaismu
Pētnieki izmantoja optisko laika uzskaites ierīci, ko sauc par attoclock - ultrashort, polarizētiem gaismas impulsiem, kas spēj izmērīt elektronu kustību uz attosekundi vai sekundes miljardo daļu. Viņu pulkstenis gaismā peldēja ūdeņraža atomus ar ātrumu 1000 impulsiem sekundē, kas jonizēja atomus tā, ka viņu elektroni varēja izkļūt caur barjeru, ziņoja pētnieki.
Reakcijas mikroskops barjeras otrā pusē izmērīja elektronu impulsu, kad tas parādījās. Reakcijas mikroskops nosaka enerģijas līmeņus uzlādētā daļiņā pēc tam, kad tā mijiedarbojas ar gaismas impulsu no attoclock ", un no tā mēs varam secināt, kāds laiks bija vajadzīgs, lai izietu cauri barjerai," Sang stāstīja Live Science.
"Precizitāte, pēc kuras mēs to varēja izmērīt, bija 1,8 sekundes," sacīja Sangs. "Mēs varējām secināt, ka tunelim jābūt mazākam par 1,8 sekundes" - gandrīz uzreiz, viņš piebilda.
Lai gan mērīšanas sistēma bija sarežģīta, pētnieku eksperimentos izmantotais atoms bija vienkāršs - atoma ūdeņradis, kas satur tikai vienu elektronu. Iepriekšējie eksperimenti, ko veica citi pētnieki, izmantoja atomus, kas satur divus vai vairāk elektronus, piemēram, hēliju, argonu un kriptonu, liecina pētījums.
Tā kā atbrīvotie elektroni var mijiedarboties savā starpā, šī mijiedarbība var ietekmēt daļiņu tunelēšanas laiku. Tas varētu izskaidrot, kāpēc iepriekšējo pētījumu aprēķini bija garāki nekā jaunajā pētījumā, un desmitiem attosekundžu laikā, skaidroja Sang. Ūdeņraža atomu struktūras vienkāršība ļāva pētniekiem kalibrēt savus eksperimentus ar precizitāti, kas iepriekšējos mēģinājumos nebija pieejama, radot svarīgu etalonu, pēc kura tagad var izmērīt citas tuneļu daļiņas, ziņo pētnieki.
Rezultāti tika publicēti tiešsaistē 18. martā žurnālā Nature.
