电子从原子中捕获出隧道


作者:Hazel Muir科学家们第一次测量了电子从原子中穿过的方式每次逃跑都发生得非常快,不到百万分之一秒虽然这项壮举在很大程度上符合学术兴趣,但该团队表示,它可以加快对紧凑型X射线激光器的追求,这可能会改善早期癌症的诊断电子具有负电荷,并通过其带正电的原子核的吸引力粘合到原子中在经典物理学中,电子不能从原子中逃逸,除非它通过提升原子核的“势垒”来获得足够的能量来克服这种力但量子力学允许另一种方式 - 电子可以以一定的概率直接穿过障碍物“隧道”量子隧道在微观世界中很常见但到目前为止,事实证明不可能对这个过程进行计时,因为它的发生速度比任何时钟都可能测量的要快得多现在,位于德国Garching的马克斯普朗克量子光学研究所的Ferenc Krausz及其同事使用了一种摒弃时钟需求的狡猾技巧实现了这项壮举他们在霓虹灯原子的云中给了电子三个稍纵即逝的时间“窗户”,在那里他们可以钻出去,然后算出有多少人接受了逃跑的提议该团队用两个精心同步的短暂激光脉冲 - 一个紫外线(脉冲1)和一个红外线(脉冲2)击中了一团霓虹灯原子脉冲1引发紧密束缚的电子,通过提高它们的能量水平逃离氖原子,使它们能够逃逸到原子的周边然后,振荡脉冲2的三个峰提供足够强的电场以抑制来自核的势垒,使预先准备好的电子有三个逃逸机会窗口通过在脉冲2的过程中在不同时间喷射脉冲1,然后测量释放的电子数量,Krausz的团队可以重建他们的逃逸策略根据可追溯到20世纪60年代的量子隧穿理论,在三次主要爆发中出现了大约30%,40%和30%的电子结果证明,在半波红外激光器中,单个电子可以逃逸,在不到400阿秒的时间内逃逸 - 这是一个难以想象的短时间如果你放慢时间以使阿秒持续1秒钟,那么第二秒将持续300亿年 - 超过宇宙年龄的两倍 “这一测量是朝着真正理解隧道发生方式的目标迈出的非常重要的一步,”Krausz告诉“新科学家”杂志 “物理学家正试图了解微观世界正在发生的事情,即使没有立即应用,理解另一个神秘现象也是非常令人满意的”但他补充说,更好地理解隧道效应可能有助于紧凑型X射线的发展激光,其中电子隧道看起来将发挥关键作用目前强大的X射线激光器是笨重的机器,安装在足球场大小的建筑物中当它们非常小且易于治疗时,可以在医院中使用紧凑型肿瘤来显露肿瘤 “我们的梦想之一就是能够构建非常紧凑的X射线激光器,”Krausz说:“它们可以在很早的阶段进行癌症诊断,它肯定会彻底改变这一领域”期刊参考文献:Nature(vol 446) ,第627页)有关这些主题的更多信息:
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