ในระดับอะตอมนั้นอนุภาคสามารถบินผ่านสิ่งกีดขวางที่ไม่สามารถผ่านได้เช่นผี
นักฟิสิกส์สงสัยมานานหลายทศวรรษแล้วว่าอุโมงค์ควอนตัมนี้ใช้เวลานานแค่ไหน หลังจากการสอบสวนเป็นเวลาสามปีทีมนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีนานาชาติก็มีคำตอบ พวกเขาวัดอิเล็กตรอนแบบอุโมงค์จากอะตอมไฮโดรเจนและพบว่าเนื้อเรื่องของมันนั้นรวดเร็วมากตามการศึกษาใหม่
อนุภาคสามารถผ่านวัตถุที่เป็นของแข็งไม่ได้เพราะพวกมันมีขนาดเล็กมาก (แม้ว่าพวกเขาจะเป็น) แต่เป็นเพราะกฎของฟิสิกส์นั้นแตกต่างกันในระดับควอนตัม
ลองนึกภาพลูกบอลที่กลิ้งลงจากหุบเขาไปสู่ทางลาดที่สูงที่สุดเท่าที่เขาเอเวอร์เรสต์ หากไม่มีการเพิ่มพลังจากเจ็ทแพ็คบอลจะไม่มีพลังเพียงพอที่จะเคลียร์เนินเขา แต่อนุภาคของอะตอมไม่จำเป็นต้องข้ามเนินเขาไปอีกด้านหนึ่ง
อนุภาคก็เป็นคลื่นที่แผ่ออกไปในอวกาศอย่างไม่ จำกัด จากสมการคลื่นที่เรียกว่านี่หมายความว่าอนุภาคอาจถูกพบในตำแหน่งใด ๆ บนคลื่น
ตอนนี้ลองนึกภาพคลื่นที่กระทบกับสิ่งกีดขวาง มันดำเนินต่อไปโดยผ่าน แต่สูญเสียพลังงานและแอมพลิจูด (ความสูงของยอดเขา) ลดลง แต่ถ้ามีสิ่งกีดขวางที่บางพอความกว้างของคลื่นจะไม่ลดลงเหลือศูนย์ ตราบใดที่ยังมีพลังงานเหลืออยู่ในระลอกคลื่นมีโอกาสบางอย่าง - แม้ว่าจะเป็นก้อนเล็ก ๆ - อนุภาคอาจบินผ่านเนินเขาและออกไปด้านอื่น ๆ
การทำการทดลองที่จับกิจกรรมที่เข้าใจยากนี้ในระดับควอนตัมคือ "ท้าทายมาก" ในการพูดอย่างน้อยโรเบิร์ตซางผู้เขียนร่วมศึกษาฟิสิกส์ควอนตัมเชิงทดลองและศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยกริฟฟิทในออสเตรเลียบอกวิทยาศาสตร์ในอีเมล
“ คุณต้องรวมระบบเลเซอร์ที่ซับซ้อนมาก, กล้องจุลทรรศน์ปฏิกิริยาและระบบลำแสงอะตอมไฮโดรเจนเพื่อการทำงานทั้งหมดในเวลาเดียวกัน” Sang กล่าว
การตั้งค่าของพวกเขาสร้างจุดอ้างอิงที่สำคัญสามจุด: การเริ่มต้นของการมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอม เวลาที่อิเล็กตรอนอิสระถูกคาดหวังให้โผล่ออกมาจากด้านหลังสิ่งกีดขวาง และเวลาที่มันปรากฏจริงซางพูดในวิดีโอ
รักษาเวลาด้วยแสง
นักวิจัยใช้อุปกรณ์บันทึกเวลาด้วยแสงที่เรียกว่า attoclock - ultrashort, แสงโพลาไรซ์พัลส์ที่สามารถวัดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปยัง attosecond หรือหนึ่งในพันล้านในพันล้านต่อวินาที อะตอมของพวกเขาอาบน้ำอะตอมไฮโดรเจนด้วยแสงในอัตรา 1,000 พัลส์ต่อวินาทีซึ่งทำให้อะตอมแตกตัวเป็นไอออนเพื่อให้อิเล็กตรอนของพวกมันสามารถหลบหนีผ่านสิ่งกีดขวางได้
กล้องจุลทรรศน์ปฏิกิริยาที่อีกด้านหนึ่งของสิ่งกีดขวางวัดโมเมนตัมของอิเล็กตรอนเมื่อมันโผล่ออกมา กล้องจุลทรรศน์ปฏิกิริยาจะตรวจจับระดับพลังงานในอนุภาคที่มีประจุหลังจากที่มันทำปฏิกิริยากับพัลส์แสงจาก attoclock "และจากนั้นเราสามารถสรุปเวลาที่ต้องใช้ในการผ่านสิ่งกีดขวาง" Sang บอกกับ Live Science
"ความแม่นยำที่เราสามารถวัดได้คือ 1.8 attoseconds" Sang กล่าว "เราสามารถสรุปได้ว่าอุโมงค์ต้องน้อยกว่า 1.8 attoseconds" - ใกล้เข้ามาทันทีเขากล่าวเสริม
แม้ว่าระบบการวัดจะซับซ้อน แต่อะตอมที่ใช้ในการทดลองของนักวิจัยนั้นง่ายมาก - ไฮโดรเจนอะตอมซึ่งมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว การทดลองก่อนหน้านี้ดำเนินการโดยนักวิจัยคนอื่น ๆ ใช้อะตอมที่มีอิเล็กตรอนสองตัวหรือมากกว่านั้นเช่นฮีเลียมอาร์กอนและคริปทอนตามการศึกษา
เนื่องจากอิเล็กตรอนอิสระสามารถโต้ตอบซึ่งกันและกันปฏิสัมพันธ์เหล่านั้นอาจส่งผลกระทบต่อเวลาการขุดอุโมงค์ นั่นอาจอธิบายได้ว่าทำไมการประเมินก่อนการศึกษามีความยาวมากกว่าในการศึกษาใหม่และประมาณสิบ attoseconds ซางอธิบาย ความเรียบง่ายของโครงสร้างอะตอมของไฮโดรเจนช่วยให้นักวิจัยสามารถสอบเทียบการทดลองของพวกเขาได้อย่างแม่นยำซึ่งไม่สามารถเข้าถึงได้ก่อนหน้านี้เพื่อสร้างมาตรฐานที่สำคัญสำหรับการวัดอนุภาคอุโมงค์อื่น ๆ ในขณะนี้
การค้นพบนี้ตีพิมพ์ออนไลน์เมื่อวันที่ 18 มีนาคมในวารสาร Nature
