中外科研人员测出量子隧穿时间上限

自量子力学建立以来，关于量子隧穿的发生是否需要时间一直饱受争议。近日，中国科学院精密测量院柳晓军团队公布其与俄罗斯、澳大利亚科研人员的合作成果，首次将基于“阿秒钟”的隧穿时间测量拓展到分子体系，得出该时间上限为10阿秒(1阿秒=10-18秒)。

量子隧穿效应是指在微观世界中电子等微观粒子能够穿越高于自身能量位垒势的“奇异”行为。量子隧穿对理解众多自然现象，如恒星核聚变、放射性衰变等起着至关重要的作用，同时也是扫描隧道显微镜等现代科学仪器的物理基础。

针对飞秒强激光场条件下原子内发生的电子隧穿电离是否需要时间这一问题，科学界提出“阿秒钟”方案，通过将隧穿时间转化为隧穿电子发射角度的偏转，从光电子谱动量分布中读取隧穿时间信息。但过去10多年来，不同研究小组基于“阿秒钟”方案，结合不同原子体系开展研究得到的结论却大相径庭：隧穿电离或许瞬间发生，或许需花费百阿秒量级的时间。

围绕这一争议，柳晓军团队及合作者提出一种新颖的、基于离子碎片测量的分子“阿秒钟”方案，将隧穿时间测量首次拓展到分子体系。研究团队将该方案应用于氢气分子的强场隧穿电离研究，得到的隧穿时间上限为10阿秒，这与前人基于氢原子隧穿电离研究得到的隧穿瞬间发生的结论一致。

柳晓军介绍，分子“阿秒钟”方案可望拓展用于其他复杂分子体系，进一步研究如分子结构、分子轨道对称性等复杂分子特性对强场隧穿电离过程的影响，进而深化对量子隧穿时间相关问题的认识。相关研究成果最近已发表在物理学权威杂志《物理评论快报》上。