量子物理世界存在“穿牆術”

　　科學家首次觀察到量子隧穿效應

　　科技日報北京3月1日電 (記者張佳欣)在經典物理世界中，從(cong) 一座大山的這邊穿到那邊，隻能消耗體(ti) 力翻山越嶺。但在量子物理世界裏，有一種“穿牆術”存在，這就是量子隧穿效應。奧地利因斯布魯克大學物理學家首次在實驗中觀察到了這種效應，這是有史以來觀察到的最慢的帶電粒子反應。相關(guan) 研究論文發表在最新一期《自然》雜誌上。

　　研究團隊此次試圖在一個(ge) 非常簡單的反應中追蹤量子力學隧穿效應。團隊選擇了氫來進行實驗，他們(men) 將氘(氫的同位素)引入一個(ge) 離子阱，使其冷卻，然後用氫氣填充離子阱。由於(yu) 溫度非常低，帶負電的氘離子缺乏以常規方式與(yu) 氫分子反應的能量。然而，在極少數情況下，當兩(liang) 者發生碰撞時，確實會(hui) 發生反應。

　　這是由隧穿效應引起的。研究第一作者羅伯特·懷爾德解釋說，量子力學中，粒子具有波動性，這使其可以突破能量障礙並發生反應。“在實驗中，我們(men) 給量子阱中可能發生的反應大約15分鍾的時間，然後確定形成的氫離子數量。從(cong) 它們(men) 的數量中，我們(men) 可以推斷出反應發生的頻率。”

　　2018年，理論物理學家計算出，在這個(ge) 係統中，每千億(yi) 次碰撞中隻有一次發生量子隧穿。這與(yu) 現在科學家測量的結果非常吻合，經過多年研究，研究人員首次證實了化學反應中隧穿效應的精確理論模型。

　　在此基礎上，研究人員可以開發出更簡單的化學反應理論模型，並已成功進行測試。隧穿效應可被用於(yu) 掃描隧道顯微鏡和閃存中，也可用以解釋原子核的阿爾法衰變，還可解釋星際暗雲(yun) 中分子的一些天體(ti) 化學合成。鑒於(yu) 此，團隊的實驗為(wei) 更好地理解許多化學反應奠定了基礎。

　　【總編輯圈點】

　　量子隧穿效應可比穿山法術，其在經典力學也就是宏觀世界裏不可能發生，但使用量子力學理論描述微觀粒子世界時，它卻有效。簡單來說，微觀粒子可以穿入或穿越看似不可穿越的高牆。而此次對這一事件的描述，將對諾獎級技術——掃描隧道顯微鏡發展有極大助力，其將利用量子隧穿效應更為(wei) 精確的定位和觀察單個(ge) 原子。