10阿秒！中外科研人員測(cè)出量子隧穿時(shí)間上限

自量子力學(xué)建立以來(lái)，關(guān)于量子隧穿的發(fā)生是否需要時(shí)間一直飽受爭(zhēng)議。近日，中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量院柳曉軍團(tuán)隊(duì)公布其與俄羅斯、澳大利亞科研人員的合作成果，首次將基于“阿秒鐘”的隧穿時(shí)間測(cè)量拓展到分子體系，得出該時(shí)間上限為10阿秒(1阿秒=10-18秒)。

量子隧穿效應(yīng)是指在微觀世界中電子等微觀粒子能夠穿越高于自身能量位壘勢(shì)的“奇異”行為。量子隧穿對(duì)理解眾多自然現(xiàn)象，如恒星核聚變、放射性衰變等起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)也是掃描隧道顯微鏡等現(xiàn)代科學(xué)儀器的物理基礎(chǔ)。

針對(duì)飛秒強(qiáng)激光場(chǎng)條件下原子內(nèi)發(fā)生的電子隧穿電離是否需要時(shí)間這一問(wèn)題，科學(xué)界提出“阿秒鐘”方案，通過(guò)將隧穿時(shí)間轉(zhuǎn)化為隧穿電子發(fā)射角度的偏轉(zhuǎn)，從光電子譜動(dòng)量分布中讀取隧穿時(shí)間信息。但過(guò)去10多年來(lái)，不同研究小組基于“阿秒鐘”方案，結(jié)合不同原子體系開(kāi)展研究得到的結(jié)論卻大相徑庭：隧穿電離或許瞬間發(fā)生，或許需花費(fèi)百阿秒量級(jí)的時(shí)間。

圍繞這一爭(zhēng)議，柳曉軍團(tuán)隊(duì)及合作者提出一種新穎的、基于離子碎片測(cè)量的分子“阿秒鐘”方案，將隧穿時(shí)間測(cè)量首次拓展到分子體系。研究團(tuán)隊(duì)將該方案應(yīng)用于氫氣分子的強(qiáng)場(chǎng)隧穿電離研究，得到的隧穿時(shí)間上限為10阿秒，這與前人基于氫原子隧穿電離研究得到的隧穿瞬間發(fā)生的結(jié)論一致。

柳曉軍介紹，分子“阿秒鐘”方案可望拓展用于其他復(fù)雜分子體系，進(jìn)一步研究如分子結(jié)構(gòu)、分子軌道對(duì)稱(chēng)性等復(fù)雜分子特性對(duì)強(qiáng)場(chǎng)隧穿電離過(guò)程的影響，進(jìn)而深化對(duì)量子隧穿時(shí)間相關(guān)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。相關(guān)研究成果最近已發(fā)表在物理學(xué)權(quán)威雜志《物理評(píng)論快報(bào)》上。 (記者劉志偉通訊員楊婷婷)

關(guān)鍵詞： 量子隧穿時(shí)間上限