为什么物理学家研究量子“穿墙术”，他们发现了什么呢？

Question

如题所述

Answer 1

在普通世界中看似不可能的事情，在量子世界里，却在神奇地上演。微观粒子可以在一瞬间位于2个地方。微观粒子最神奇的超能力还在于它能够穿透看似坚不可摧的障碍。

科学家团队试图测量这种奇特现象的持续时间，即量子隧穿时间。他们想通过实验确定，在粒子进入障碍物，隧穿，并且从另一端穿出的时间。

量子隧穿是指一个原子或者亚原子能够出现在障碍物另一侧的现象，而这个障碍物被认为是不可能被穿透的。你可以理解你遇到一个很厚并且无穷大的墙，没有梯子和蜘蛛侠的特异功能，你是根本无法穿过这个墙的。

但在量子世界里，这却是可能的。对于一个原子或者电子，它可以穿越到障碍物的另一侧，就如同它从障碍物上挖了一个洞似的。

量子隧穿对于物理学家并不陌生。它是许多现代科技的基础，如电子芯片，隧道二极体。扫描隧道显微镜也是运用隧道来将固体表面的原子展现出来。它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子。

量子力学可以使量子隧穿，但科学家们还是没有彻底搞明白亚原子在穿隧过程中发生了什么。一些研究者认为，粒子看起来是瞬移到了障碍物的另一侧，就如同它被传送一样。

研究者起先试图测量量子穿隧的时间，但测量的结果差异很大。早期这类实验的困难之处在于，识别量子隧穿的起点和终点非常难。为了简化实验的方法，研究者使用磁场来造出了一个新的时钟，这个时钟只有在粒子隧穿时才开始计算时间。

亚原子都含有磁性特征，当磁性粒子被置于外部磁场中时，它们会像陀螺一样进行旋转。这种旋转也叫做旋进，它旋进的距离取决于它被置于磁场中的时间。利用这一点，研究者制造了磁场障碍物，当粒子进入磁场时，它们旋进，出了磁场时，它们停止旋进。所以通过测量粒子旋进的时间，研究者就可以知道量子隧穿的时间了。