英物理学家首次实现量子隧穿：用光让电子“穿墙”

　　  中国科技网讯，据物理学家组织网 4 月 6 日（北京时间）报道，英国剑桥大学卡文迪什实验室的科学家首次利用光让电子穿过了经典力学里无法穿越的“墙壁”（势垒），实现了量子隧穿，科学家们有望借此研制出新的凝聚态。相关研究发表在 4 月 5 日出版的《科学》杂志上。



　　在量子力学里，量子隧穿效应为一种量子特性，是电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的“墙壁”的现象。正常情况下，粒子无法穿过这些“墙壁”，但如果这些粒子足够小，这一切就可以发生。在放射性衰变发生时、在很多化学反应中以及在扫描隧道显微镜内都会出现这种量子隧穿效应，这是因为根据量子力学，微观粒子具有波的性质，因而有不为零的概率穿过这些“墙壁”。

　　该研究团队的领导者杰里米·鲍姆博格表示：“告诉电子如何穿过‘墙壁’的技巧是让光同电子‘联姻’。”

　　科学家们解释到，这场“联姻”是“命中注定”的，因为光以共振腔光子的形式出现，科学家们将一束光捕获在镜子之间，让其在镜子间来回反弹，光把电子夹在中间，让电子振动穿过墙壁。

　　研究人员皮特·克里斯托弗里尼指出：“这场‘婚姻’产生的后代实际上是新的不可分割的粒子，这些粒子由光和物质组成，可以自由地通过像平板一样的半导体‘墙壁’而消失。”

　　科学家表示，新粒子的独特特征之一是它们会朝一个特定的方向延伸，而且它们之间也存在着强烈的相互作用。

　　目前，很多试图制造出“凝聚态”的半导体物理学家正在密切关注这些相互作用强烈的粒子。“凝聚态”指的是由大量粒子组成且粒子间有很强相互作用的系统。低温下的超流态、超导态、玻色—爱因斯坦凝聚态、磁介质中的铁磁态、反铁磁态等都是凝聚态，它们能在半导体内毫无损失地“旅行”。

　　这些新的带电粒子也具有量子力学特征，即能同时出现在两个地方，因此，科学家们有望使用这些新粒子，借用肉眼可见的量子力学将原子物理学家的想法变为实用设备。

　　总编辑圈点

　　在人的印象中，光流动不羁。实际上，光子（或者说电磁波）与有形体的物质（或者说凝聚态）之间，没有截然区分。这就是一百年前科学家发现的“波粒二象性”的道理。如果你把物体冷却到接近绝对零度，它就会表现出一种与激光极其相似的流动性。而卡文迪什实验室的成就，是一种新的演示——成功地让光与物质不分彼此，结合成能穿透别物的流动形态，而这种形态还没有先例。今后，科学家会试图在量子实验中应用这种新形态，看看它能不能带来突破。（记者刘霞）