یک آزمایش جدید در مورد چگونه به سرعت اتم می تواند تونل از طریق مانع شدن زنده فیزیک بحث در مورد اینکه چه زمان می گذرد بر کوانتومی در مقیاس.

در سال 1927 در حالی که در تلاش برای درک چگونگی اتصال اتم به شکل مولکول فیزیکدان آلمانی فریدریش Hund کشف یکی از جذاب ترین جنبه های مکانیک کوانتومی. او نشان داد که تحت شرایط خاصی اتم الکترون و دیگر ذرات کوچک در طبیعت می تواند عبور از موانع فیزیکی که رسوا ماکروسکوپی اشیاء در حال حرکت مانند ارواح از طریق دیوار. توسط این قوانین به دام افتاده الکترون می تواند فرار از زندان بدون نفوذ خارجی مانند یک توپ گلف در سوراخ اول از یک دوره به طور ناگهانی محو و ظاهر می شود در سوراخ دوم و بدون هر کسی که به بلند کردن یک باشگاه است. این پدیده کاملا بیگانه و آن را به عنوان شناخته شده است “تونل زنی کوانتومی.”

از آن پس دانشمندان دریافته اند که تونل نقش کلیدی در برخی از طبیعت دراماتیک ترین پدیده. برای مثال تونل زنی کوانتومی باعث درخشش خورشید: این را قادر می سازد هیدروژن در هسته ستاره’ هسته به جمع شدن به اندازه کافی نزدیک به فیوز به هلیوم. بسیاری از مواد رادیواکتیو مانند اورانیوم-238, پوسیدگی به عناصر کوچکتر با بیرون آوردن مواد از طریق تونل. فیزیکدانان حتی مهار تونل به ابداع فن آوری مورد استفاده در نمونه کامپیوترهای کوانتومی و همچنین به عنوان به اصطلاح اسکن میکروسکوپ تونل زنی است که قادر به تصویربرداری تک اتم است.

هنوز هم کارشناسان را درک نمی روند در جزئیات. انتشار در طبیعت امروز فیزیکدانان در دانشگاه تورنتو گزارش جدید پایه اندازه گیری در مورد تونل زنی کوانتومی: چه مدت آن طول می کشد. برای رفتن به گلف قیاس آنها اساسا به پایان رسیده چگونه توپ در میان حفره ها. “در این آزمایش ما پرسید:” چه مدت داده شده ذرات صرف در سد?'” می گوید فیزیکدان Aephraim استاینبرگ از دانشگاه تورنتو که رهبری این پروژه است.

یک “مانع” برای یک اتم است نه مواد دیوار و یا تقسیم. برای محدود اتم فیزیکدانان به طور کلی استفاده از زور زمینه های ساخته شده از نور و یا شاید نامرئی ساز مانند برق جاذبه یا دافعه. در این آزمایش این تیم به دام افتاده اتم روبیدیوم در یک طرف از یک سد ساخته شده از نور لیزر آبی. فوتون در ليزر با تشکیل یک میدان نیروی هل دادن در روبیدیوم به نگه داشتن آن را محدود در فضا است. آنها دریافتند که اتم حدود 0.61 میلی ثانیه در نور مانع قبل از ظاهر در طرف دیگر. مقدار دقیق زمان بستگی به ضخامت مانع و سرعت اتم اما کلیدی خود را پیدا کردن است که “تونل زمان صفر نیست می گوید:” فیزیکدان رامون راموس بود که استاینبرگ دانشجوی کارشناسی ارشد در آن زمان و در حال حاضر پژوهشگر فوق دکترا در موسسه علوم فوتونی در اسپانیا.

این نتیجه در تضاد تجربی پیدا کردن از سال گذشته نیز منتشر شده در طبیعتمی گوید فیزیکدان الکساندرا Landsman از دانشگاه ایالتی اوهایو بود که درگیر در هر دو آزمایش. در این مقاله یک تیم به رهبری فیزیکدانان در دانشگاه گریفیث استرالیا ارائه شده اندازه گیری نشان می دهد که تونل رخ می دهد بلافاصله.

به طوری که آزمایش مناسب است ؟ آیا تونل رخ می دهد بلافاصله و یا آن را در حدود یک میلی ثانیه? پاسخ ممکن است بسیار ساده است. اختلاف بین این دو آزمایش های بنیادی از یک آستین نهفته اختلاف در فیزیک کوانتوم جامعه بیش از چگونه به نگه داشتن زمان در مقياس نانو. “در آخرین 70 و 80 سال مردم باید آمد تا با بسیاری از تعاریف می گوید:” Landsman. “در انزوا بسیاری از تعاریف بسیاری از حس اما در همان زمان آنها را پیش بینی های که در تضاد با یکدیگر. همین دلیل است که شده است وجود دارد بسیار بحث و جدل بیش از دهه گذشته است. یک گروه فکر می کنم که یک تعریف حس می کند در حالی که گروه دیگری فکر می کنم دیگر.”

بحث می شود ریاضی-سنگین و باطنی اما جان کلام این است که فیزیکدانان مخالف در زمانی که یک کوانتومی روند شروع و یا متوقف می شود. ظرافت مشهود است زمانی که شما به یاد داشته باشید که کوانتومی ذرات بیشتر ندارد قطعی خواص و وجود به عنوان احتمالات درست مثل یک سکه کوه در می رم در هوا است و نه سر و نه دم اما امکان اینکه یا تا زمانی که آن را به زمین. شما می توانید فکر می کنم از یک اتم به عنوان یک موج گسترش در فضا که در آن موقعیت دقیق تعریف شده است—آن را ممکن است 50 درصد احتمال بودن در یک محل و 50 درصد دیگر به عنوان مثال. با این مبهم خواص آن واضح نیست که چه تعداد به عنوان ذرات “ورود” یا “خروج” مانع است. در بالا از آن فیزیکدانان اضافه شده ویژگی های چالش ایجاد یک مکانیسم زمان بندی دقیق به اندازه کافی برای شروع و متوقف کردن هماهنگ با ذرات حرکت. استاینبرگ شده است که بزودی این آزمایش را برای بیش از دو دهه برای دستیابی به سطح کنترل مورد نیاز او می گوید.

استاینبرگ و راموس تیم اساسا ساخته شده خود را اتم به کوچک stopwatches با بهره برداری اتمی اموال شناخته شده به عنوان چرخش. اساسا شما می توانید فکر می کنم از اتم به عنوان کوچک spinning tops که ناشی تلو تلو خوردن به طور پیوسته در محافل هنگامی که اتم حرکت می کند از طریق یک میدان مغناطیسی است. با پیگیری از جهت گیری اتم را تلو تلو خوردن در این زمینه شما می توانید زمان را نگه دارید. آنها به ایجاد یک میدان مغناطیسی است که اقامت تنها در سد و اندازه گیری که در آن اتم در آن تلو تلو خوردن قبل از آن وارد سد و پس از آن محاسبه تونل زمان بر اساس اندازه گیری آن. “ما به اتم یک ساعت درونی می گوید:” راموس.

این روش برای نگه داشتن زمان در قلمرو کوانتومی—مشاهده ذرات تلو تلو خوردن منظم در یک میدان مغناطیسی—حتی یک نام ویژه: “Larmor زمان” نام فیزیکدان ایرلندی یوسف Larmor که مورد مطالعه قرار چگونه رفتار اتم در میدان مغناطیسی در نوبه خود از قرن 20th.

در 2019 گریفیث دانشگاه آزمایش فیزیک اندازه گیری که چگونه به سرعت الکترون در اتم هیدروژن تونل به بیرون از اتم. شارژ شده با بار منفی الکترون است جذب هیدروژن مثبت هسته است. این جاذبه اساسا تله الکترون در نزدیکی هیدروژن هسته برای ایجاد برقی مانع است. محققان کمی کشیده روی الکترون توسط اتم با یک بسیار کوتاه لیزر پالس به افزایش آن احتمال تونل زنی. آنها اندازه گیری زمانی که پالس ليزر به اوج خود رسید و در روشنایی و فرض بر این بود که زمانی که الکترون شروع به تونل. اگر الکترون تونل به بیرون از اتم های آنها را اندازه گیری فرار الکترون را با سرعت و جهت در یک آشکارساز و با استفاده از این اطلاعات برای محاسبه زمانی که از آن پدید آمده و از طرف دیگر مانع است. آنها دریافتند که الکترون تونل به بیرون از اتم در کمتر از دو billionths از یک میلیاردم از یک دوم—2 attoseconds—و پیشنهاد آن اتفاق افتاد بلافاصله. این روش شامل کوتاه لیزر پالس شناخته شده است به عنوان attoclock روش.

Landsman فکر می کند که تونل زنی نمی تواند اتفاق می افتد بلافاصله برای یک چیز غیر ممکن است برای یک فیزیکدان برای همیشه واقعا اندازه گیری یک روند دقیقا صفر ثانیه را ذاتا ناقص ابزار. “من فکر نمی کنم شما می توانید آن را اثبات تجربی,” او می گوید.

این امکان وجود دارد که هر دو آزمایش درست باشد چرا که این دو تیم در واقع استفاده از تعاریف مختلف از زمان. وجود دارد “به هیچ وجه بحث یا اختلاف بین ما نتایج … و این کار” می نویسد: فیزیکدان ایگور Litvinyuk از گریفیث دانشگاه که مشغول به کار در attoclock آزمایش در یک ایمیل به سیمی.

هنوز گروه نقاشی دو wildly تصاویر مختلف از چه مدت آن طول می کشد یک ذره به تونل احیای یک بحث است که به سختی رشد شاخص رو به جلو پس از 1980s. در آن زمان فیزیکدانان استدلال بسیاری بر روی کاغذ بیش از تعاریف از زمان, اما آنها نمی باید از این تکنولوژی برای تست چقدر طول تونل طول می کشد. “آن شده است صرفا یک بحث های نظری برای مدت زمان طولانی می گوید:” Landsman.

در آینده آزمایش استاینبرگ می خواهد به ریز مطالعه مسیر اتم به عنوان آنها را از طریق تونل سد. “من می خواهم به دانستن چه مدت ذرات صرف در آغاز و میانه و پایان سد” او می گوید. این یک بحث سوال نیست چرا که تمام فیزیکدانان موافق با استاینبرگ که اتم تا کنون “در داخل مانع است.” بسیاری از فیزیکدانان فکر می کنم که نظریه کوانتومی نشان میدهد که هر اندازه گیری از یک سیستم کوانتومی ذاتا تغییر سیستم خنثی کردن هر دانشمند قابلیت همیشه دانستن یک واقعیت عینی.

“من کمتر متقاعد شده است که زمان صرف شده توسط یک کوانتومی شی درون سد منطقه’ کاملا معنی دار مفهومی به نمایندگی از هر واقعیت عینی” می نویسد: Litvinyuk. بحث بر سر این موضوع که آیا واقعیت را می توان با دقت مشاهده شده است به طور گسترده شناخته شده به عنوان “اندازه گیری مشکل” مکانیک کوانتومی و این منجر به بسیاری از تفسیرهای مکانیک کوانتومی از جمله یک ایده که در آن جهان انشعاب به شاخه موازی هر بار که کسی می سازد اندازه گیری.

با Larmor و attoclock آزمایش فیزیکدانان در حال حاضر دو روش مختلف برای اندازه گیری تونل زمان. در حالی که نه آزمایش حل این سوال از چه مدت تونل طول می کشد تا تجزیه و تحلیل و مقایسه دو سیستم های مختلف کمک خواهد کرد که فیزیکدانان نزدیک شدن به حقیقت می گوید Landsman. “من فکر می کنم این آزمایش را تحریک می کند خیلی بیشتر تحقیقات در این زمینه” او می گوید. بیگانه به عنوان آنها صدا مانند کوانتومی آزمون ارائه سرنخ به فرآیندهای اساسی را تشکیل می دهند که تمام ماده در اطراف ما.


بزرگ تر سیمی داستان
  • دوست من زده شد ALS. به مبارزه با عقب او ساخته شده است یک جنبش
  • زندگی اشتباه و رستگار: Covid-19 و آینده خانواده
  • Linkin Park T-پیراهن تمام خشم در چین
  • 13 کانال یوتیوب ما گیک بیش از
  • چگونه رمز عبور-قفل کردن هر برنامه را بر روی تلفن خود را
  • 🎙️ گوش دادن به سیمی ما پادکست جدید در مورد آینده چگونه متوجه است. گرفتن آخرین قسمت و مشترک به 📩 خبرنامه به نگه دارید تا با تمام ما را نشان می دهد
  • 🏃🏽♀️ می خواهید بهترین ابزار برای دریافت سالم است ؟ ما را بررسی کنید دنده تیم میدارد برای تناسب اندام بهترین انتقالها دنده در حال اجرا (از جمله کفش و جوراب) و بهترین هدفون

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.de

نرم افزار گرامرلی