量子隧穿效應（Quantum tunneling effect）指的是，像電子等微觀粒子能夠穿入或穿越位勢壘的量子行為，盡管位勢壘的高度大於粒子的總能量。現在一個物理學家團隊已經測量了該過程需要多長時間。
雖然聽起來像是科幻小說，但量子隧穿是一種記錄良好的現象，發生在電子顯微鏡和晶體管等日常用品中。眾所周知，像電子這樣的基本粒子也會定期從其原子中「隧穿」，這是放射性衰變背後的關鍵驅動因素。
但圍繞這一現象的一個持續的謎團是粒子通過障礙物進行量子隧穿需要多長時間 – 或者它是否需要任何時間。一些科學家認為它是瞬間發生的，但這意味着它的行進速度比光速快，可能違反了因果關系原則。
為了測量量子隧穿的時間，格里菲斯大學和澳大利亞國立大學的研究人員用強激光轟擊氫原子，每秒發射1000個光脈沖。他們的想法是，這為電子從原子中逃逸創造了合適的條件，使團隊能夠精確測量量子隧穿所需的時間。
結果證明量子隧道效應似乎是瞬間的 – 或者至少是如此迅速地發生，它基本上是瞬間完成的。根據研究人員的說法，它需要不到1.8阿秒。
該研究的共同主要作者Robert Sang表示：「有一個定義明確的點，在那里我們可以開始這種相互作用，並且我們知道電子應該在何時瞬間產生。因此，我們知道通過障礙需要花費很長時間才能完成任何不同的事情。這就是我們如何衡量需要多長時間。它與實驗不確定性中的理論一致，與瞬時隧穿效應一致。」
有趣的是，這與之前測量更長隧穿時間的研究形成對比。2017年，馬克斯-普朗克研究所的研究人員發現量子隧穿效應需要180阿秒，但新研究背後的團隊表示，像這樣的早期實驗過於復雜，容易出錯。
「其他地方的先前測試使用了更復雜的原子，包含幾個或多個電子，」該研究的共同主要作者Igor Litvinyuk表示。「為瞭解釋不同電子之間的相互作用，他們使用了不同的近似模型。在這些模型中他們提取了時間。我們的模型沒有使用近似值，因為我們不必擔心電子 – 電子相互作用。而且，其中一個實驗他們測量了兩種原子之間的相對時間延遲，而不是單個原子的時間延遲。」
研究人員說他們已經解開了這個長期存在的物理學謎團。該研究發表在《自然》雜誌上。
Sang教授在下面的視頻中討論了這項研究。
來源：cnBeta
