Na subatomski ravni lahko delci letijo skozi na videz neprehodne ovire, kot so duhovi.
Fiziki se že desetletja sprašujejo, koliko časa traja tako imenovano kvantno tuneliranje. Zdaj je po triletni preiskavi odgovor mednarodne ekipe teoretičnih fizikov. Izmerili so predorski elektron iz vodikovega atoma in ugotovili, da je bil njegov prehod praktično trenuten, kaže nova študija.
Delci lahko prehajajo skozi trdne predmete, ne zato, ker so zelo majhni (čeprav so), temveč zato, ker so pravila fizike na kvantni ravni različna.
Predstavljajte si, da se žoga valja po dolini proti pobočju, visokemu kot Mount Everest; brez spodbude iz jetpacka žogica nikoli ne bi imela dovolj energije, da bi očistila hrib. Toda subatomskim delcem ni treba iti čez hrib, da bi prišli na drugo stran.
Delci so tudi valovi, ki se raztezajo neskončno v prostoru. Po tako imenovani valovni enačbi to pomeni, da se lahko delček nahaja v katerem koli položaju na valu.
Zdaj si predstavljajte val, ki trka na pregrado; nadaljuje naprej, vendar izgublja energijo, njegova amplituda (višina vrha) pa se spušča. Če pa je ovira dovolj tanka, se amplituda vala ne spusti na nič. Dokler je v sploščenem valu ostalo še nekaj energije, obstaja nekaj možnosti - čeprav majhna -, da delček lahko leti skozi hrib in zunaj druge strani.
Izvajanje eksperimentov, ki so zajeli to nedosegljivo aktivnost na kvantni ravni, je bilo "najmanj zahtevno", soavtor študije Robert Sang, eksperimentalni kvantni fizik in profesor z univerze Griffith v Avstraliji, je v e-poštnem sporočilu Live Science povedal.
"Če želite delovati vse hkrati, morate kombinirati zelo zapletene laserske sisteme, reakcijski mikroskop in sistem vodikovega žarka," je dejal Sang.
Njihova postavitev je vzpostavila tri pomembne referenčne točke: začetek njihove interakcije z atomom; čas, ko se je pričakovalo, da se bo za pregradom sprostil osvobojeni elektron; in čas, ko se je dejansko pojavil, je v videu povedal Sang.
Zadrževanje časa s svetlobo
Raziskovalci so uporabili optično časovno napravo, imenovano atto clock - ultra kratke, polarizirane svetlobne impulze, ki so sposobni meriti gibanje elektronov do attosekunde ali milijardo milijarde sekunde. Raziskovalci so poročali o njihovi uri v svetlobi kopajoče vodikove atome s hitrostjo 1000 impulzov na sekundo, kar je ioniziralo atome, da bi lahko njihovi elektroni ušli skozi pregrado.
Reakcijski mikroskop na drugi strani pregrade je meril zagon elektrona, ko se je pojavil. Reakcijski mikroskop zazna ravni energije v napolnjenem delcu, potem ko ta deluje s svetlobnim impulzom iz ure, "in iz tega lahko sklepamo na čas, ki je potreben za prehod skozi oviro," je Sang povedal za Live Science.
"Natančnost, s katero smo lahko to izmerili, je bila 1,8 attosekunde," je dejal Sang. "Ugotovili smo, da mora biti tuneliranje krajše od 1,8 attosekunde" - skoraj takoj, je dodal.
Čeprav je bil merilni sistem zapleten, je bil atom, uporabljen v poskusih raziskovalcev, preprost - atomski vodik, ki vsebuje samo en elektron. V predhodnih poskusih, ki so jih izvedli drugi raziskovalci, so po raziskavi uporabili atome, ki vsebujejo dva ali več elektronov, kot so helij, argon in kripton.
Ker lahko osvobojeni elektroni medsebojno delujejo, lahko te interakcije vplivajo na čas tuneliranja delcev. To bi lahko razložilo, zakaj so bile ocene prejšnjih študij daljše kot v novi raziskavi in za desetine attosekund, je pojasnil Sang. Enostavnost vodikove atomske strukture je raziskovalcem omogočila umerjanje svojih poskusov z natančnostjo, ki je bila v prejšnjih poskusih nedosegljiva, kar je ustvarilo pomembno merilo, na podlagi katerega je zdaj mogoče meriti druge delce tuneliranja, poročajo raziskovalci.
Ugotovitve so bile objavljene na spletu 18. marca v reviji Nature.
