Subatominiame lygmenyje dalelės gali skristi pro neva neįveikiamas kliūtis, pavyzdžiui, vaiduoklius.
Dešimtmečiais fizikai 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.
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; be smūgio iš reaktyvinio paketo, rutuliui niekada neužtektų energijos išvalyti kalvą. 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, „Live Science“ 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 tikėtasi, kad išlaisvintas elektronas atsiras už užtvaros; ir laikas, kai tai iš tikrųjų pasirodė, Sangas teigė vaizdo įraše.
Laiko laikymas šviesoje
Tyrėjai naudojo 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 iš to mes galime nustatyti laiką, kurio prireikė peržengiant barjerą", - pasakojo Sang, „Live Science“.
„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.
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“.
