自量子力學(xué)建立以來，關(guān)于量子隧穿的發(fā)生是否需要時間一直飽受爭議。近日，中國科學(xué)院精密測量院柳曉軍團隊公布其與俄羅斯、澳大利亞科研人員的合作成果，首次將基于“阿秒鐘”的隧穿時間測量拓展到分子體系，得出該時間上限為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的“奇異”行為。量子隧穿對理解眾多自然現(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)。
針對飛秒強激光場條件下原子內(nèi)發(fā)生的電子隧穿電離是否需要時間這一問題，科學(xué)界提出“阿秒鐘”方案，通過將隧穿時間轉(zhuǎn)化為隧穿電子發(fā)射角度的偏轉(zhuǎn)，從光電子譜動量分布中讀取隧穿時間信息。但過去10多年來，不同研究小組基于“阿秒鐘”方案，結(jié)合不同原子體系開展研究得到的結(jié)論卻大相徑庭：隧穿電離或許瞬間發(fā)生，或許需花費百阿秒量級的時間。
圍繞這一爭議，柳曉軍團隊及合作者提出一種新穎的、基于離子碎片測量的分子“阿秒鐘”方案，將隧穿時間測量首次拓展到分子體系。研究團隊將該方案應(yīng)用于氫氣分子的強場隧穿電離研究，得到的隧穿時間上限為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)、分子軌道對稱性等復(fù)雜分子特性對強場隧穿電離過程的影響，進(jìn)而深化對量子隧穿時間相關(guān)問題的認(rèn)識。相關(guān)研究成果最近已發(fā)表在物理學(xué)權(quán)威雜志《物理評論快報》上。
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