Atomaltı düzeyde, parçacıklar hayaletler gibi görünmez görünen bariyerlerden geçebilir.
Onlarca yıldır fizikçiler bu kuantum tünellemenin ne kadar sürdüğünü merak ediyorlar. Şimdi, üç yıllık bir soruşturmadan sonra, teorik fizikçilerden oluşan uluslararası bir ekibin bir cevabı var. Yeni bir araştırmaya göre, bir hidrojen atomundan bir tünelleme elektronunu ölçtüler ve geçişinin neredeyse anlık olduğunu buldular.
Parçacıklar, çok küçük oldukları için değil, fizik kuralları kuantum düzeyinde farklı olduğu için katı nesnelerden geçebilir.
Bir topun vadiden aşağıya Everest Dağı'na kadar olan bir eğime doğru yuvarlandığını hayal edin; bir jet paketinden güç almadan topun tepeyi temizlemek için asla yeterli enerjisi olmazdı. Ancak atom altı bir parçacığın diğer tarafa geçmek için tepenin üzerinden geçmesine gerek yoktur.
Parçacıklar ayrıca uzayda sonsuzca uzanan dalgalardır. Sözde dalga denklemine göre, bu, parçacığın dalga üzerinde herhangi bir konumda bulunabileceği anlamına gelir.
Şimdi dalganın bir engele çarptığını hayal edin; devam eder, ancak enerji kaybeder ve genliği (zirvenin yüksekliği) aşağı iner. Ancak engel yeterince inceyse, dalganın genliği sıfıra inmez. Düzleştirilmiş dalgada hala bir miktar enerji kaldığı sürece, küçük de olsa bir parçacığın tepeden ve diğer taraftan dışarı uçabilmesi için bir şans var.
Deneysel bir kuantum fizikçisi ve Avustralya'daki Griffith Üniversitesi'nde profesör olan çalışma arkadaşı yazar Robert Sang, e-posta ile bu zor aktiviteyi kuantum düzeyinde yakalayan deneyler yapmak, en azından söylemek için çok zorlayıcıydı.
Sang, "Çok karmaşık lazer sistemlerini, bir reaksiyon mikroskobunu ve bir hidrojen atomik ışın sistemini birleştirmeniz gerekiyor."
Kurulumları üç önemli referans noktası oluşturdu: atomla etkileşimlerinin başlaması; bir engelin arkasından serbest bir elektronun ortaya çıkmasının beklendiği zaman; ve gerçekte ortaya çıktığı zaman, dedi Sang bir videoda.
Işıkla zaman tutma
Araştırmacılar, bir attoclock adı verilen optik bir zaman tutma cihazı kullandılar - ultrashort, elektronların hareketlerini en ileri ya da saniyenin milyarda birinin milyarda birini ölçebilen polarize ışık darbeleri. Attoclock'ları hidrojen atomlarını saniyede 1000 atım hızında hafifçe yıkadı, bu da atomları iyonlaştırdı, böylece elektronları bariyerden kaçabildi.
Bir bariyerin diğer tarafındaki bir reaksiyon mikroskobu, ortaya çıktığında elektronun momentumunu ölçtü. Tepkime mikroskobu yüklü bir parçacıktaki enerji seviyelerini attoclock'tan gelen ışık darbesi ile etkileşime girdikten sonra tespit eder. "
Sang, “Bunu ölçebileceğimiz hassasiyet 1,8 saniye oldu” dedi. "Tünelin 1.8 saniyeden az olması gerektiği sonucuna vardık."
Ölçüm sistemi karmaşık olmasına rağmen, araştırmacıların deneylerinde kullanılan atom basitti - sadece bir elektron içeren atomik hidrojen. Diğer araştırmacılar tarafından yapılan önceki deneyler, çalışmaya göre helyum, argon ve kripton gibi iki veya daha fazla elektron içeren atomlar kullandı.
Serbest elektronlar birbirleriyle etkileşime girebildiğinden, bu etkileşimler parçacıkların tünelleme zamanlarını etkileyebilir. Bu, önceki çalışmaların tahminlerinin neden yeni çalışmadakinden daha uzun olduğunu açıklayabildi ve onlarca atto saniye ile Sang açıkladı. Hidrojenin atomik yapısının sadeliği, araştırmacıların deneylerini önceki denemelerde erişilemeyen bir doğrulukla kalibre etmelerine izin vererek, diğer tünel parçacıklarının ölçülebileceği önemli bir kriter oluşturduğunu bildirdi.
Bulgular 18 Mart'ta Nature dergisinde yayınlandı.
