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SCIENCE|测量势垒区内隧穿原子所花费的时间

编译者:marcus2017发布时间:2020-11-25点击量:4893 来源栏目:科研动态

2020年7月22日,加拿大多伦多大学量子信息与量子控制中心和光学科学研究所(Centre for Quantum Information and Quantum Control and Institute for Optical Sciences, Department of Physics, University of Toronto)和加拿大高级研究学院(Canadian Institute For Advanced Research)合作,在《自然》(Nature)上发表了题为“Measurement of the time spent by a tunnelling atom within the barrier region”的文章。

隧道效应是量子物理学中最具特征的现象之一,是光合作用和核聚变等过程的基础,也是从超导量子干涉磁力计到用于量子计算机的超导量子位等各种设备的基础。现在众所周知,群延迟(透射波包的峰值到达障碍物另一侧的时间)可以小于障碍物厚度除以光速,而不会违反因果关系。许多实验已经证实了这一点,最近的一项工作甚至声称隧道化可能根本不需要时间。还有一些工作,仍在努力确定一个不同的时间尺度,以更好地描述给定粒子在屏障区域中停留的时间。

作者通过研究玻色凝聚态87Rb原子穿过1.3微米厚的光学势垒的隧道,直接测量这种时间。通过在势垒内部定位一个伪磁场,作者利用原子的自旋进动作为时钟来测量它们穿过经典禁止区域所需的时间。作者研究了穿越时间与入射能量的关系,找到了最低能量为0.61(7)毫秒的值。这个实验为解决量子力学中关于历史的基本问题奠定了基础:例如,人们可以通过观察一个粒子现在的位置来了解它在早期的位置。

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