01.09.2021      111      0
 

Физики впервые измерили время туннелирования атома

Физики впервые измерили время туннелирования ионов с помощью высокоточных ларморовских атомных часов. Работа опубликована в…


Физики впервые измерили время туннелирования ионов с помощью высокоточных ларморовских атомных часов. Работа опубликована в журнале Nature.

Туннелирование — одно из самых необычных явлений квантовой физики, когда квантовые объекты способны преодолевать барьеры, которые классически преодолеть невозможно. Эффект туннелирования проявляется, например, в фотосинтезе или ядерных реакциях в звездах, а также используется в сверхпроводящих магнитометрах и кубитах для квантовых компьютеров. Однако вопрос о том, как быстро происходит туннелирование, оставался открытым.

В 1980 году Маркус Буттикер (M. Büttiker) и Рольф Ландауэр (R. Landauer) теоретически исследовали этот вопрос, используя полуклассический подход. Они пытались посчитать время нахождения частицы в потенциальном барьере, через который она туннелирует. До этого считалось, что время туннелирования определяется пространственным размером волновой функции, но при таком подходе оказывается, что туннелирование происходит со сверхсветовой скоростью. Первые эксперименты, которые пытались определить такое «полуклассическое» время, были поставлены в 90-х годах, однако результаты не были точны, а лишь давали некоторое понимание об общем масштабе времени.

Группа ученых из Канады и Испании под руководством Эфраима Штейнберга (Aephraim M. Steinberg) разработала систему для измерения времени туннелирования частиц на основе высокоточных атомных часов. Исследователи использовали ларморовские атомные часы, которые чувствительные к магнитному полю и в его присутствии набирают некоторую фазу. Таким образом, как только заряженная частица оказывается в потенциальном барьере, ларморовские часы чувствуют это и начинают набирать фазу, а когда частица уходит, набор фазы останавливается. После этой процедуры можно измерить состояние часов и определить время набора фазы, то есть время туннелирования.

В качестве физической реализации исследователи использовали конденсат Бозе — Эйнштейна из 8000 ионов рубидия, а потенциальный барьер создавался с помощью лазера. Таким образом физики варьировали форму потенциального барьера, а также скорость ионов, налетающих на барьер. В качестве атомных часов выступала сверхтонкая структура уровней энергии ионов.
Ученые обнаружили, что туннелирование через барьер толщиной 1,3 микрометра заняло у иона 610 микросекунд при минимально возможных энергиях. Это первое прямое измерение времени туннелирования и первая успешная экспериментальная реализация ларморовских часов. Физики подтвердили, что время туннелирования конечное и зависит от скорости частиц и толщины барьера так, как предсказывает теория.

 

Совсем недавно мы писали как ученые из NASA впервые измерили конденсат Бозе — Эйнштейна из атомов рубидия на МКС в условиях невесомости. Ранее японские физики наблюдали туннелирование атомов водорода на поверхности льда. Кстати, туннелировать могут не только атомы, например, мы писали о том, как физики объяснил туннелирование фононов.

Михаил Перельштейн

 https://nplus1.ru/

Ключевые слова:

Читайте также:
Топ-3 культовых средства для волос, попробовать которые стоит каждой

Бьюти-бренды и продукты приобретают статус культовых не зря — за столь лестным званием стоят тысячи положительных отзывов, признание селебрити и множество премий прессы.
Подробнее »»

Источник


Об авторе: admin

Ваш комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Бабушкины лайфхаки: ускорят наведение порядка в доме

Бабушкины лайфхаки: ускорят наведение порядка в доме

Старшее поколение знает, как вести хозяйство с минимальными издержками и максимальными...

Ученые объяснили, как пандемия скажется на ментальном здоровье

Ученые объяснили, как пандемия скажется на ментальном здоровье

Ситуация с COVID-19 коснется каждого человека. По замечанию экспертов, вторая волна коронавируса вызовет...

Чем меньше сна, тем больше в голове плохих мыслей: исследование

Чем меньше сна, тем больше в голове плохих мыслей: исследование

Ученые из Великобритании выяснили: недосып повышает частоту нежелательных мыслей и снижает способность их...

Напишите мне