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ü吨物理学家测量量子隧穿的用于第一时间的持续时间

在澳门威尼斯人一队量子物理学家的已记录所花费的时间的原子到隧穿通过势垒,在仅仅一毫秒计时它的长度的第一测量(照片由Chris thomaidis)

事实上,像原子或光子量子级物体可以出现过明显不可逾越的障碍会感到惊讶大多数非科学家 - 而不是量子物理学家。这种效应被称为量子隧穿,在20世纪20年代首次报道。它是如此行之有效的,它是利用,先进的显微镜和量子计算机,是光合作用和核聚变是必不可少的。 

这一现象的细节,但是,仍然神秘。 90年来,物理学家一直在争论如何,准确地说,隧道会发生什么的原子做,因为他们的隧道,并能维持多久才能让旅程。 

Now, a team of quantum physicists in the Faculty of Arts & Science at the University of Toronto have recorded the first measurement of the length of time it takes an atom to tunnel through a barrier, clocking it at a mere one millisecond – or 1/1000th of a second. The results are 报告公布的一项研究 性质

“我们甚至不会在这里如果没有隧道,说:” aephraim斯坦伯格在物理和CIFAR的量子信息科学计划共同主任和研究的资深研究员系的教授。 “在阳光融合的第一步需要一个细胞核隧道到另一个核。因此,隧道是实际发生在宇宙中,而不是仅仅在量子力学教科书中一个非常基本的过程。” 

Steinberg的团队,寻求提供长粒子如何花穿隧清晰,超时超冷的铷原子多久通过应反映他们一米厚的激光束的百万分之一走上隧道。他们建立了一个系统,其中,它们会推铷原子,其中他们已经冷却到一定程度高于绝对零度的十亿分,到激光屏障。 

“我们提出,表现得像对于原子的引导纤维和在此行中保持它们的光的一个光束。那么我们相交,与第二束,我们建立这样它会排斥的原子,”斯坦伯格说。 “那第二束作用就像一个屏障,我们可以非常仔细地调整这道屏障的高度。我们的设置也让我们给原子轻轻一推,这样我们就可以调整他们是否有足够的能量来经典超越障碍“。 

他们选择了一组特定的碱原子铷状态建立其时钟,因为这些状态之间的过渡是非常稳定的。的确,一个相关的原子,铯的振荡,限定第二长度。数学上,这种振荡可以像一个时钟手进行处理,在某一方向分和可以随时间移动。 

“自从我们想[原子时钟指针]至点只在于一个微米区域打勾其中阻挡是,我们使用了阻挡光本身也痒痒的原子的自旋,并使其振荡的频率,我们知道, ”斯坦伯格说。 

一旦他们有可能隧道,粒子携带钟表的粒子,只有当他们在屏障打勾的时钟,他们拍照的是显示在时钟指针分别指向了一旦他们到达,以便计算量的另一面时间的原子必须花费在屏障。 

这一突破,建立在近20年中Steinberg的实验室实验提炼的,被认为是世界上第一个这样的测量和揭露有关控制量子相互作用的物理法则深的真理。 

“探测量子粒子的历史,这整个想法是这一直是中央对我的研究,这是拿出了一遍又一遍在CIFAR计划会议的讨论,”斯坦伯格,谁一直在开发,测试和完善这一说自2001年以来微妙而复杂的实验。 

“这一直是一种在量子光学小众话题,”斯坦伯格说。 “但我认为随着技术的发展,并为我们建立的量子位的这些较大规模的聚集 - 量子信息的基本单位 - 和努力学习如何表征和控制他们每个人,这已更新的实际意义。” 

其结果不仅证明它是可能的时间隧道过程中,也就是更要学会让量子系统的全貌那里。 

该研究是由加拿大自然科学和工程研究理事会,CIFAR和支持的菲泽富兰克林基金的John发。菲泽纪念信任。 

从CIFAR文件

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