ברמה התת אטומית, חלקיקים יכולים לעוף דרך מחסומים בלתי נראים לכאורה כמו רוח רפאים.
במשך עשרות שנים תהו הפיזיקאים כמה זמן לוקח מנהור קוונטי זה. כעת, לאחר תחקיר של שלוש שנים, יש צוות בינלאומי של פיסיקאים תיאורטיים תשובה. הם מדדו אלקטרון מנהור מאטום מימן וגילו כי מעברו היה באופן מיידי, כך עולה ממחקר חדש.
חלקיקים יכולים לעבור דרך עצמים מוצקים לא בגלל שהם קטנים מאוד (אם כי הם), אלא מכיוון שחוקי הפיזיקה שונים זה מזה ברמת הקוונטים.
דמיין כדור מתגלגל במורד עמק לעבר מדרון גבוה כמו הר האוורסט; ללא דחיפה מטוס סילון, לכדור לעולם לא תהיה מספיק אנרגיה כדי לפנות את הגבעה. אבל חלקיק תת-אטומי לא צריך לעבור מעל הגבעה כדי להגיע לצד השני.
חלקיקים הם גם גלים, הנמשכים אינסוף בחלל. על פי משוואת הגלים מה שנקרא, פירוש הדבר שאפשר למצוא חלקיק בכל מיקום על הגל.
עכשיו תארו את הגל פוגע במחסום; הוא ממשיך הלאה אך מאבד אנרגיה, והמשרעת שלו (גובה הפסגה) טובלת עד למטה. אבל אם המכשול הוא דליל מספיק, משרעת הגל אינה מתפרקת לאפס. כל עוד נותר קצת אנרגיה בגל המשטח, יש סיכוי כלשהו - גם אם קטן - שחלקיק עשוי לעוף דרך הגבעה והחוצה את הצד השני.
עריכת ניסויים שתפסו את הפעילות החמקמקה הזו ברמה הקוונטית הייתה "מאתגרת מאוד" בלשון המעטה, כך אמר לסופר Live Science בהודעת דוא"ל ל- Live Science.
סנג אמר כי "אתה צריך לשלב מערכות לייזר מסובכות מאוד, מיקרוסקופ תגובה ומערכת קרן אטומית מימן כדי לעבוד יחד.
ההתקנה שלהם קבעה שלוש נקודות ייחוס חשובות: תחילת האינטראקציה שלהם עם האטום; הזמן בו צפויים אלקטרונים משוחררים לצאת מאחורי המכשול; והתקופה בה זה הופיע, אמר סאנג בסרטון.
שמירה על זמן עם אור
החוקרים השתמשו במכשיר לזמני זמן אופטי שנקרא attoclock - ultrashort, פולסי אור מקוטבים המסוגלים למדוד את תנועות האלקטרונים לאזור השני, או מיליארדית של מיליארדית השנייה. החוקרים דיווחו כי נעילת האטוק שלהם שטפה אטומי מימן באור בקצב של 1000 קטניות בשנייה, אשר ייננו את האטומים כך שהאלקטרונים שלהם יוכלו לברוח דרך המכשול.
מיקרוסקופ תגובת בצד השני של המכשול מדד את תנופת האלקטרון כשהוא הגיח. סאקר התגובה מגלה את רמות האנרגיה בחלקיק טעון לאחר שהוא מתקשר עם דופק האור מהעוקב, "ומכאן ניתן להסיק את הזמן שלקח לעבור את המכשול", אמר סאנג ל- Live Science.
"הדיוק שיכולנו למדוד את זה היה 1.8 attoseconds," אמר סאנג. "הצלחנו להגיע למסקנה כי המנהור חייב להיות פחות מ -1.8 Attoseconds" - כמעט מייד, הוסיף.
למרות שמערכת המדידה הייתה מורכבת, האטום ששימש בניסויים של החוקרים היה פשוט - מימן אטומי, המכיל רק אלקטרון אחד. על פי המחקר, ניסויים קודמים שערכו חוקרים אחרים השתמשו באטומים שהכילו שניים או יותר אלקטרונים, כמו הליום, ארגון וקריפטון.
מכיוון שאלקטרונים משוחררים יכולים לתקשר זה עם זה, אינטראקציות אלו יכולות להשפיע על זמני המנהור של החלקיקים. זה יכול להסביר מדוע אומדני המחקרים הקודמים היו ארוכים יותר מאשר במחקר החדש, ועל פי עשרות attoseconds, הסביר סאנג. הפשטות במבנה האטומי של מימן אפשרה לחוקרים לכייל את הניסויים שלהם בדיוק שהיה מחוץ להישג ידם בניסיונות קודמים, ויצרה אמת מידה חשובה שכעת ניתן למדוד חלקיקי מנהרה אחרים, כך דיווחו החוקרים.
הממצאים פורסמו באינטרנט ב- 18 במרץ בכתב העת Nature.
