Στο υποατομικό επίπεδο, τα σωματίδια μπορούν να πετάξουν μέσα από φαινομενικά αδιαπέραστα εμπόδια όπως τα φαντάσματα.
Για δεκαετίες, οι φυσικοί έχουν αναρωτηθεί πόσο καιρό παίρνει αυτή η λεγόμενη κβαντική σήραγγα. Τώρα, μετά από τριετή έρευνα, μια διεθνής ομάδα θεωρητικών φυσικών έχει μια απάντηση. Μετρήθηκαν ένα ηλεκτρόνιο σήραγγας από ένα άτομο υδρογόνου και διαπίστωσαν ότι το πέρασμα του ήταν πρακτικά στιγμιαίο, σύμφωνα με νέα μελέτη.
Τα σωματίδια μπορούν να περάσουν από στερεά αντικείμενα, όχι επειδή είναι πολύ μικρά (αν και είναι), αλλά επειδή οι κανόνες της φυσικής είναι διαφορετικοί στο κβαντικό επίπεδο.
Φανταστείτε μια μπάλα που κυλάει κάτω από μια κοιλάδα προς μια πλαγιά τόσο ψηλή όσο το όρος Everest. χωρίς την ώθηση από ένα jetpack, η μπάλα δεν θα είχε ποτέ αρκετή ενέργεια για να καθαρίσει το λόφο. Αλλά ένα υποατομικό σωματίδιο δεν χρειάζεται να περάσει πάνω από το λόφο για να φτάσει στην άλλη πλευρά.
Τα σωματίδια είναι επίσης κύματα, τα οποία εκτείνονται απεριόριστα στο διάστημα. Σύμφωνα με την αποκαλούμενη εξίσωση κύματος, αυτό σημαίνει ότι ένα σωματίδιο μπορεί να βρεθεί σε οποιαδήποτε θέση στο κύμα.
Τώρα απεικονίστε το κύμα που χτυπά ένα φράγμα. συνεχίζει συνεχώς αλλά χάνει ενέργεια, και το εύρος του (το ύψος της κορυφής) βυθίζεται προς τα κάτω. Αλλά αν το εμπόδιο είναι αρκετά λεπτό, το πλάτος του κύματος δεν φθίνει μέχρι το μηδέν. Εφ 'όσον υπάρχει ακόμα κάποια ενέργεια στο πεπλατυσμένο κύμα, υπάρχει κάποια πιθανότητα - αν και μικρή - ότι ένα σωματίδιο μπορεί να πετάξει μέσα από το λόφο και έξω από την άλλη πλευρά.
Η πραγματοποίηση πειραμάτων που κατέλαβαν αυτή την αόριστη δραστηριότητα στο κβαντικό επίπεδο ήταν "πολύ δύσκολο", λέει ο συν-συγγραφέας Robert Sang, ένας πειραματικός κβαντικός φυσικός και ένας καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Griffith της Αυστραλίας.
"Πρέπει να συνδυάσετε πολύπλοκα συστήματα λέιζερ, ένα μικροσκόπιο αντίδρασης και ένα σύστημα ατομικής δέσμης υδρογόνου για να δουλέψετε όλα ταυτόχρονα", δήλωσε ο Sang.
Η ρύθμισή τους δημιούργησε τρία σημαντικά σημεία αναφοράς: την έναρξη της αλληλεπίδρασής τους με το άτομο. ο χρόνος που ένα ελευθερωμένο ηλεκτρόνιο αναμενόταν να βγει πίσω από ένα εμπόδιο. και ο χρόνος που πραγματικά εμφανίστηκε, είπε ο Σανγκ σε ένα βίντεο.
Διατηρώντας χρόνο με το φως
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια συσκευή οπτικής χρονομέτρησης που ονομάζεται attoclock - υπερκορεσμένοι, πολωμένοι παλμοί φωτός που είναι ικανοί να μετρήσουν τις κινήσεις των ηλεκτρονίων στο attosecond, ή ένα δισεκατομμύριο ένα δισεκατομμύριο δευτερολέπτου. Το πρωτόκολλο τους έβαζε τα άτομα υδρογόνου στο φως με ρυθμό 1000 παλμών ανά δευτερόλεπτο, που ιονίζονταν τα άτομα, έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια τους να διαφεύγουν από το φράγμα, ανέφεραν οι ερευνητές.
Ένα μικροσκόπιο αντίδρασης στην άλλη πλευρά ενός φράγματος μέτρησε την ορμή του ηλεκτρονίου όταν εμφανίστηκε. Το μικροσκόπιο αντίδρασης ανιχνεύει τα επίπεδα ενέργειας σε ένα φορτισμένο σωματίδιο αφού αλληλεπιδρά με τον ελαφρύ παλμό από το ατέντοκλο "και από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε πόσο χρόνο έπρεπε να περάσουμε από το φράγμα", δήλωσε ο Sang στην Live Science.
"Η ακρίβεια που μπορούσαμε να μετρήσουμε αυτό ήταν 1,8 attoseconds", είπε ο Sang. «Καταφέραμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι η σήραγγα πρέπει να είναι μικρότερη από 1,8 attoseconds» - σχεδόν αμέσως, πρόσθεσε.
Αν και το σύστημα μέτρησης ήταν περίπλοκο, το άτομο που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα των ερευνητών ήταν απλό - ατομικό υδρογόνο, το οποίο περιέχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο. Τα προηγούμενα πειράματα που διεξήχθησαν από άλλους ερευνητές χρησιμοποίησαν άτομα που περιείχαν δύο ή περισσότερα ηλεκτρόνια, όπως το ήλιο, το αργό και το κρυπτόνιο, σύμφωνα με τη μελέτη.
Επειδή τα απελευθερωμένα ηλεκτρόνια μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, αυτές οι αλληλεπιδράσεις μπορούν να επηρεάσουν τους χρόνους σήραγγας των σωματιδίων. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί οι εκτιμήσεις των προηγούμενων μελετών ήταν μεγαλύτερες από ό, τι στη νέα μελέτη, και από δεκάδες attoseconds, εξήγησε ο Sang. Η απλότητα της ατομικής δομής του υδρογόνου επέτρεψε στους ερευνητές να βαθμονομούν τα πειράματά τους με ακρίβεια που δεν ήταν εφικτή σε προηγούμενες προσπάθειες, δημιουργώντας ένα σημαντικό σημείο αναφοράς έναντι του οποίου μπορούν να μετρηθούν και άλλα σωματίδια σήραγγας, ανέφεραν οι ερευνητές.
Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στις 18 Μαρτίου στο περιοδικό Nature.
