科学家首次成功观测到从量子通道逃离出的电子

    德国科学家在最新一期英国《自然》杂志上发表论文介绍说，他们最近首次测量到通过量子通道逃离原子的电子，而且发现每个电子逃离的速度极为惊人。

    电子带负电荷，在带正电荷的原子核的吸引下被束缚在原子内部。就经典物理学而言，如果电子没有在一段时间内获得足够的能量，它就无法逃离原子核的束缚。但量子力学可以提供另一种方法，电子可以直接通过量子通道逃脱出来。科学家比喻说，这好比站在一座山前的人们需要到达山的另外一边，通常情况下只能翻越山岭，但量子世界里还有另外一种可能，即通过隧道直接抵达山的另一边。

    量子通道在微观世界普遍存在，但这一现象迄今仍未被观测到，原因是原子在失去电子后迅速从外界环境又找回新的电子进行补充，其过程过于短暂，任何传统方法都无法测量。不过，近年来光学研究的进步，为观测这一现象提供了有力工具。

    德国马克斯·普朗克量子光学研究所的弗伦克·克劳兹介绍说，光学研究已经迈进了阿秒(1阿秒为百亿亿分之一秒)领域，这为测量电子通过量子通道逃离提供了方法。

    克劳兹领导的研究人员用两种精心设计成同步的阿秒级激光脉冲紫外线脉冲和红外线脉冲攻击氖原子，紫外线脉冲通过提升电子能量为电子逃离氖原子做好准备，但这一能量不足以使电子按照经典物理学描述的方式脱离原子。然后研究人员在红外线脉冲中设计3个峰值，以抵消来自原子核的吸力，这就给电子提供了3个逃离窗口。不过，由于所选用的脉冲是阿秒级的，因此逃离窗口开启时间非常短暂，只有通过量子通道的电子才有可能成功逃离。

    结果发现，在这3个逃离窗口都能够测量到从原子逃离出来的自由电子，这就证明了单个电子可以在极短的时间内实现逃离，也进一步证明量子通道确实存在。