Partikel gehen durch Wände, während Physiker beobachten

Manchmal können Partikel durch Wände gehen.

Obwohl es wie Science Fiction klingt, ist das Phänomen gut dokumentiert und sogar unter der bizarre Regeln die mikroskopische Welt namens Quantenmechanik verstanden.

Nun, Wissenschaftler haben das Timing dieser Weitergabe durch Wände Trick genauer als je zuvor gemessen, und melden Sie ihre Ergebnisse in der heutigen's (17. Mai) der Fachzeitschrift Nature.

Der Prozess nennt man Quantum tunneling und tritt auf, wenn ein Teilchen durchläuft eine Barriere, die es scheinbar nicht in der Lage sein sollte. In diesem Fall gemessen Wissenschaftler Elektronen Atome zu entkommen, ohne die notwendige Energie zu tun. Dies wäre in der normalen Welt um uns herum wie ein Kind in die Luft sprang, und irgendwie clearing ein ganzes Haus. [Grafik: kleinsten Teilchen der Natur erklärt]

Quantum tunneling ist aufgrund der Wellennatur der Materie möglich. Störfaktoren wie es, in der Quantenwelt klingt wirken Partikel oft wie Wellen von Wasser anstatt Billard Kugeln. Dies bedeutet, dass ein Elektron an einem einzigen Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt und mit einer einzigen Energie, sondern vielmehr als eine Welle von Wahrscheinlichkeiten nicht vorhanden ist.

"Elektronen werden durch Wellenfunktionen, die sanft von innen nach außen von Atomen erweitern beschrieben – Teil des Elektrons ist immer außerhalb der Atom", erklärt Physiker Manfred Lein der Leibniz Universität Hannover in Deutschland in einem begleitenden Essay in der gleichen Ausgabe von Nature.

Nun haben Physiker unter der Leitung von Dror Shafir des israelischen Weizmann Institute of Science aufgefordert Elektronen aus Atomen zu Tunneln und gemessen, wenn sie zu innerhalb 200 Attosekunden tun (einen Attosekunden ist 10^-18 , oder 0.000000000000000001 Sekunden).

Die Forscher verwendeten ein Laserlicht die Energiebarriere zu unterdrücken, die normalerweise ein Elektron in einem Heliumatom Falle würde. Dieser Laser reduziert die Stärke der Barriere einfach genug, so dass ein Elektron nicht die Energie benötigt hätte, um das Atom zu entkommen, aber es könnte zu betrügen und seinen Weg durch tunnel. (Der Laser stößt auch das Elektron zurück zu seinen Eltern Atom, nachdem es sich Tunnel.)

"Wir wissen die Elektron Tunnel durch ein sehr kurzes Zeitfenster", sagte das Weizmann-Institut Nirit Dudovich, Mitglied der Experiment-Team. "Wir wollen zurückverfolgen bis zu dem Punkt wo das Elektron links die Barriere und sagen genau dann, wenn während des Zyklus das Elektron die Barriere verlassen."

Um dies zu messen, suchten die Physiker das Photon des Lichtes erzeugt, wenn ein Elektron das Atom kehrte nach tunneling über. In einigen Fällen nutzten die Wissenschaftler einen Laser Kick-das Elektron entfernt, verhindern, dass es mit dem Atom Rekombination.

"Es ist eine zeitabhängige Kick" sagte Dudovich LiveScience. "Es sagt schließlich uns etwas über den Punkt, wo das Elektron freigesetzt wurde. Das Ergebnis ist, dass Tunnelbau in weniger als ein paar hundert Attosekunden auftritt."

Dies ist das erste Mal, die Wissenschaftler in der Lage zu lokalisieren, wenn ein Elektron durch ein Atom getunnelt hat gewesen. Zuvor, theoretische Berechnungen das Timing von Quantum tunneling vorausgesagt hatte, aber es nie direkt mit dieser Genauigkeit gemessen.

Die Erkenntnisse könnten Wissenschaftler andere superschnelle Prozesse zu verstehen, die auf Quantum tunneling helfen.

"Wir wissen, dass dieses Phänomen viele schnelle Prozesse initiiert, die sehr einfach in der Natur sind," sagte Dudovich. "So können wir dieses Denken gemessen wir wirklich den ersten Schritt in vielen Prozessen in der Natur."

Sie können LiveScience Redakteur Clara Moskowitz auf Twitter folgen @ ClaraMoskowitz . Folgen Sie für weitere Wissenschaftsnachrichten, LiveScience auf Twitter @Livescience.