บางครั้งอนุภาคสามารถผ่านผนังได้
แม้ว่ามันจะดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ปรากฏการณ์ได้รับการบันทึกไว้เป็นอย่างดีและเข้าใจภายใต้กฎที่แปลกประหลาดที่ควบคุมโลกของกล้องจุลทรรศน์ที่เรียกว่ากลศาสตร์ควอนตัม
ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ได้วัดระยะเวลาของสิ่งนี้เคล็ดลับผ่านผนังแม่นยำมากขึ้นกว่าเดิมและรายงานผลลัพธ์ของพวกเขาในวารสาร Nature ฉบับวันนี้ (17 พฤษภาคม)
กระบวนการนี้เรียกว่าการขุดอุโมงค์ควอนตัมและเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคผ่านอุปสรรคที่ดูเหมือนจะไม่สามารถทำได้ ในกรณีนี้นักวิทยาศาสตร์วัดอิเล็กตรอนหนีออกจากอะตอมโดยไม่ต้องมีพลังงานที่จำเป็นในการทำเช่นนั้น ในโลกปกติรอบตัวเรานี่จะเป็นเหมือนเด็กที่กระโดดขึ้นไปในอากาศและล้างบ้านทั้งหลัง -กราฟิก: อนุภาคที่น้อยที่สุดของธรรมชาติอธิบาย-
อุโมงค์ควอนตัมเป็นไปได้เนื่องจากไฟล์คลื่นธรรมชาติของสสาร- ในโลกควอนตัมที่สับสนในโลกควอนตัมอนุภาคมักจะชอบคลื่นน้ำมากกว่าลูกบิลเลียด ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนไม่มีอยู่ในที่เดียวในครั้งเดียวและด้วยพลังงานเดียว แต่เป็นคลื่นแห่งความน่าจะเป็น-
"อิเล็กตรอนถูกอธิบายโดยฟังก์ชั่นคลื่นที่ขยายออกไปอย่างราบรื่นจากด้านในไปยังด้านนอกของอะตอม - ส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนอยู่นอกอะตอมเสมอ" นักฟิสิกส์ Manfred Lein ของ Leibniz Universität Hannover อธิบายในเยอรมนีในบทความประกอบในธรรมชาติของธรรมชาติ
ตอนนี้นักฟิสิกส์นำโดย Dror Shafir ของสถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann ของอิสราเอลได้กระตุ้นให้อิเล็กตรอนออกจากอะตอมและวัดเมื่อพวกเขาทำเช่นนั้นภายใน 200 attoseconds (attosecond คือ 10-18วินาทีหรือ 0.000000000000000001 วินาที)
นักวิจัยใช้แสงเลเซอร์เพื่อยับยั้งสิ่งกีดขวางพลังงานที่ปกติจะดักจับอิเล็กตรอนภายในอะตอมฮีเลียม เลเซอร์นี้ลดความแข็งแรงของสิ่งกีดขวางเพียงพอเพื่อที่อิเล็กตรอนจะไม่ต้องใช้พลังงานในการหลบหนีอะตอม แต่มันสามารถโกงและอุโมงค์ผ่าน (เลเซอร์ยังสะบัดอิเล็กตรอนกลับไปที่อะตอมของผู้ปกครองหลังจากอุโมงค์ออก)
“ เรารู้ว่าอุโมงค์อิเล็กตรอนผ่านหน้าต่างสั้น ๆ ” Nirit Dudovich ของ Weizmann Institute กล่าวซึ่งเป็นสมาชิกของทีมทดลองกล่าว "เรากำลังพยายามติดตามกลับไปที่จุดที่อิเล็กตรอนออกจากสิ่งกีดขวางและพูดอย่างแน่นอนเมื่อในระหว่างรอบอิเล็กตรอนออกจากสิ่งกีดขวาง"
เพื่อวัดสิ่งนี้นักฟิสิกส์มองหาโฟตอนของแสงผลิตเมื่ออิเล็กตรอนเข้าร่วมอะตอมหลังจากอุโมงค์ผ่าน ในบางกรณีนักวิทยาศาสตร์ใช้เลเซอร์เพื่อเตะอิเล็กตรอนออกไปป้องกันไม่ให้มันรวมตัวกันใหม่ด้วยอะตอม
“ มันเป็นการเตะขึ้นอยู่กับเวลา” Dudovich บอกกับ Livescience "ในที่สุดมันก็บอกเราบางอย่างเกี่ยวกับจุดที่อิเล็กตรอนถูกปล่อยให้เป็นอิสระผลลัพธ์คือการขุดอุโมงค์เกิดขึ้นในเวลาไม่กี่ร้อย attoseconds"
นี่เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุได้เมื่ออิเล็กตรอนมีอุโมงค์ผ่านอะตอม ก่อนหน้านี้การคำนวณเชิงทฤษฎีได้ทำนายช่วงเวลาของอุโมงค์ควอนตัมแต่ไม่เคยมีมาก่อนที่จะถูกวัดโดยตรงด้วยความแม่นยำนี้
การค้นพบนี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกระบวนการที่เร็วที่สุดอื่น ๆ ที่พึ่งพาการขุดอุโมงค์ควอนตัม
“ เรารู้ว่าปรากฏการณ์นี้เริ่มต้นกระบวนการที่รวดเร็วมากมายซึ่งเป็นพื้นฐานในธรรมชาติ” Dudovich กล่าว "ดังนั้นเราจึงสามารถนึกถึงสิ่งนี้ได้เพราะเราวัดขั้นตอนแรกในหลาย ๆ กระบวนการในธรรมชาติ"
คุณสามารถติดตามนักเขียนอาวุโส LiveScience Clara Moskowitz บน Twitter @Claramoskowitz- สำหรับข่าววิทยาศาสตร์เพิ่มเติมติดตาม LiveScience บน Twitter @LiveScience-
