Tikrai Baisu: Kaip Vaiduokliškos Kvantinės Dalelės Beveik Akimirksniu Skrieja Pro Kliūtis

{h1}

Tyrėjai neseniai išsprendė seniai žinomą kvantinės fizikos klausimą, kiek laiko vienam atomui reikia tunelio per barjerą.

Tikrai baisu: kaip vaiduokliškos kvantinės dalelės beveik akimirksniu skrieja pro kliūtis: kliūtis

Fizikai išsprendė dešimtmečius trukusią paslaptį aprašydami, kaip greitai dalelė gali praeiti pro barjerą.

Subatominiame lygmenyje dalelės gali skristi pro neva neįveikiamas kliūtis, pavyzdžiui, vaiduoklius.

Fizikai dešimtmečiais domėjosi, kiek laiko užtrunka šis vadinamasis kvantinis tuneliavimas. Dabar, po trejus metus trukusio tyrimo, atsakymą turi tarptautinė teorinių fizikų komanda. Remdamiesi nauju tyrimu, jie išmatavo tunelinį elektroną iš vandenilio atomo ir nustatė, kad jo praleidimas vyko praktiškai akimirksniu. [18 kartų kvantinės dalelės užplūdo mūsų galvoje]

Dalelės gali praeiti pro kietus objektus ne todėl, kad yra labai mažos (nors ir yra), bet todėl, kad fizikos taisyklės kvantiniame lygmenyje skiriasi.

Įsivaizduokite rutulį, riedintį slėniu link tokio aukščio kaip Everesto kalnas šlaito; be smūgio iš reaktyvinio paketo, rutuliui niekada neužtektų energijos kalnui nuvalyti. Bet norint patekti į kitą pusę, subatominei dalelei nereikia eiti per kalną.

Dalelės taip pat yra bangos, kurios erdvėje plečiasi be galo. Pagal vadinamąją bangos lygtį, tai reiškia, kad dalelė gali būti bet kurioje bangos vietoje.

Dabar pavaizduokite bangą, atsitrenkančią į užtvarą; jis tęsiasi toliau, bet praranda energiją, o jo amplitudė (smailės aukštis) smuko žemyn. Bet jei kliūtis yra pakankamai plona, ​​bangos amplitudė nesumažėja iki nulio. Kol plokščioje bangoje dar liko šiek tiek energijos, yra tikimybė - nors ir maža -, kad dalelė gali skristi per kalną ir išeiti iš kitos pusės.

Atlikti eksperimentus, kuriuose užfiksuota ši neįveikiama veikla kvantų lygyje, švelniai tariant, buvo „labai sudėtinga“, tyrimo bendraautorius Robertas Sangas, eksperimentinis kvantų fizikas ir Australijos Griffith universiteto profesorius, „WordsSideKick.com“ pasakojo el. Laiške.

„Norėdami dirbti vienu metu, turite sujungti labai sudėtingas lazerių sistemas, reakcijos mikroskopą ir vandenilio atominio pluošto sistemą“, - teigė Sang.

Jų sąranka nustatė tris svarbius atskaitos taškus: jų sąveikos su atomu pradžią; laikas, kai tikimasi, kad išlaisvintas elektronas atsiras iš už užtvaros; ir laikas, kai tai iš tikrųjų pasirodė, Sangas teigė vaizdo įraše.

Laiko laikymas šviesoje

Tyrėjai panaudojo optinį laiko apskaitos prietaisą, vadinamą attoclock - ultratrumpus, poliarizuotus šviesos impulsus, galinčius išmatuoti elektronų judesius į attosekundę arba milijardinę milijardo sekundės dalį. Jų atrakcionas skleidė vandenilio atomus šviesoje 1 000 impulsų per sekundę greičiu, kuris jonizavo atomus taip, kad jų elektronai galėtų išeiti per barjerą, pranešė tyrėjai.

Kitoje barjero pusėje esančiu reakcijos mikroskopu buvo matuojamas elektronų impulsas, kai jie atsirado. Reakcijos mikroskopas nustato įkrautos dalelės energijos lygį po to, kai ji sąveikauja su šviesos impulsu iš atrakto laikrodžio „ir nuo to mes galime nustatyti laiką, kurio prireikė peržengiant barjerą“, - „Sang“ pasakojo „WordsSideKick.com“.

„Tikslumas, kurį galėjome išmatuoti, buvo 1,8 sekundės“, - teigė Sang. „Mes sugebėjome padaryti išvadą, kad tunelis turi būti mažesnis nei 1,8 sekundės“, - pridūrė jis akimirksniu.

Kvantinio tuneliavimo bandymai bombardavo vandenilio atomus šviesos impulsais, tada mikroskopu išmatuojo jų greitį.

Kvantinio tuneliavimo bandymai bombardavo vandenilio atomus šviesos impulsais, tada mikroskopu išmatuojo jų greitį.

Nors matavimo sistema buvo sudėtinga, tyrėjų eksperimentuose naudojamas atomas buvo paprastas - atominis vandenilis, kuriame yra tik vienas elektronas. Remiantis tyrimu, ankstesniuose kitų tyrėjų eksperimentuose buvo naudojami atomai, kuriuose buvo du ar daugiau elektronų, tokių kaip helis, argonas ir kriptonas.

Kadangi išlaisvinti elektronai gali sąveikauti tarpusavyje, ši sąveika gali paveikti dalelių tuneliavimo laiką. Tai galėtų paaiškinti, kodėl ankstesnių tyrimų įverčiai buvo ilgesni nei naujojo tyrimo ir dešimčių sekundžių trukmės, paaiškino Sang. Vandenilio atominės struktūros paprastumas leido tyrėjams sukalibruoti savo eksperimentus tokiu tikslumu, kokio nebuvo galima pasiekti ankstesniais bandymais, sukurdami svarbų etaloną, pagal kurį dabar būtų galima išmatuoti kitas tunelines daleles, pranešė tyrėjai.

Išvados buvo paskelbtos internete kovo 18 d. Žurnale „Nature“.

  • Susukta fizika: 7 protu nesuvokiami radiniai
  • Keista kvarkai ir kuonai, oi mano! Mažiausiai išpjaustytos gamtos dalelės (infografija)
  • Didžiausios neišspręstos paslaptys fizikoje

Iš pradžių paskelbta Gyvasis mokslas.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Kas Yra Chemijos Inžinerija?
Kas Yra Chemijos Inžinerija?

Kaip Mėlynos Šviesos Diodai Veikia Miegą
Kaip Mėlynos Šviesos Diodai Veikia Miegą

Mokslas Naujienos


Mariana Trench: Giliausias Gylis
Mariana Trench: Giliausias Gylis

Gedimų Apimtų Orų Kontrolės Schemos
Gedimų Apimtų Orų Kontrolės Schemos

Kaip „Stebuklingas“ Žmogus Grįžo Iš Pavojingo Smegenų Patinimo?
Kaip „Stebuklingas“ Žmogus Grįžo Iš Pavojingo Smegenų Patinimo?

Kiek Garsus Yra Jūsų „Ipod“?
Kiek Garsus Yra Jūsų „Ipod“?

Įstrigo Kečupo Problema, Kurią Išsprendė Mit Inžinieriai
Įstrigo Kečupo Problema, Kurią Išsprendė Mit Inžinieriai


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com