Di peringkat subatom, zarah dapat terbang melalui halangan yang tidak dapat dilalui seperti hantu.
Selama beberapa dekad, ahli fizik telah tertanya-tanya berapa lama apa yang dinamakan terowong kuantum ini. Sekarang, selepas siasatan selama tiga tahun, satu pasukan pakar fizik teori antarabangsa mempunyai jawapan. Mereka mengukur elektron tunneling dari atom hidrogen dan mendapati bahawa laluannya adalah praktikal secara pantas, menurut satu kajian baru.
Zarah boleh melewati objek padat bukan kerana mereka sangat kecil (walaupun mereka), tetapi kerana peraturan fizik berbeza di peringkat kuantum.
Bayangkan bola meluncur turun lembah ke arah cerun setinggi Gunung Everest; tanpa rangsangan dari jetpack, bola tidak akan mempunyai tenaga yang cukup untuk membersihkan bukit. Tetapi zarah subatom tidak perlu pergi ke atas bukit untuk sampai ke sisi lain.
Zarah juga ombak, yang meluas di ruang angkasa. Menurut persamaan gelombang yang dipanggil, ini bermakna bahawa zarah boleh didapati di mana-mana kedudukan pada gelombang.
Sekarang gambarkan gelombang yang menarik penghalang; ia berterusan tetapi kehilangan tenaga, dan amplitudnya (ketinggian puncak) turun ke bawah. Tetapi jika halangan itu cukup nipis, amplitud gelombang tidak merosot ke sifar. Selagi masih ada tenaga yang tersisa di gelombang yang rata, ada peluang - walaupun kecil - bahawa zarah boleh terbang melalui bukit dan keluar dari sisi yang lain.
Mengendalikan eksperimen yang menangkap aktiviti sukar difahami ini di peringkat kuantum adalah "sangat mencabar" untuk mengatakan sekurang-kurangnya, pengarang bersama kajian Robert Sang, seorang ahli fizik kuantum percubaan dan seorang profesor di Griffith University di Australia, memberitahu Live Science dalam e-mel.
"Anda perlu menggabungkan sistem laser yang rumit, mikroskop reaksi dan sistem rasuk atom hidrogen untuk berfungsi pada masa yang sama," kata Sang.
Persediaan mereka menetapkan tiga titik rujukan penting: permulaan interaksi mereka dengan atom; masa yang elektron dibebaskan dijangka muncul dari belakang penghalang; dan masa ketika ia benar-benar muncul, Sang berkata dalam video.
Menjaga masa dengan cahaya
Para penyelidik menggunakan alat pengawasan optik yang dinamakan sebuah attoclock - ultrashort, denyutan cahaya polarisasi yang mampu mengukur pergerakan elektron ke attosecond, atau bilion bilion yang kedua. Attoclock mereka membenam atom hidrogen dengan cahaya pada kadar 1000 denyutan sesaat, yang mengionkan atom supaya elektron mereka dapat melarikan diri melalui halangan, kata para penyelidik.
Mikroskop tindak balas di seberang halangan mengukur momentum elektron apabila ia muncul. Mikroskop tindak balas mengesan tahap tenaga dalam zarah yang dikenakan setelah ia berinteraksi dengan nadi cahaya dari attoclock, "dan dari itu kita boleh menyimpulkan masa yang diambil untuk melewati halangan," kata Sang kepada Sains Live.
"Ketepatan yang kita dapat mengukur ini adalah 1.8 attoseconds," kata Sang. "Kami dapat menyimpulkan bahawa terowong mestilah kurang daripada 1.8 attosecond" - berdekatan dengan segera, katanya.
Walaupun sistem pengukuran adalah rumit, atom yang digunakan dalam eksperimen penyelidik adalah mudah - hidrogen atom, yang mengandungi hanya satu elektron. Eksperimen sebelum ini yang dijalankan oleh penyelidik lain menggunakan atom yang mengandungi dua atau lebih elektron, seperti helium, argon dan krypton, menurut kajian tersebut.
Oleh kerana elektron yang dibebaskan boleh berinteraksi antara satu sama lain, interaksi tersebut dapat mempengaruhi masa terowongan partikel. Itu boleh menjelaskan mengapa perkiraan kajian sebelum lebih lama daripada kajian baru, dan oleh puluhan attosecond, Sang menjelaskan. Kesederhanaan struktur atom hidrogen membenarkan para penyelidik untuk mengkalibrasi eksperimen mereka dengan ketepatan yang tidak dapat dicapai dalam percubaan sebelumnya, mewujudkan penanda aras penting yang mana zarah terowong lain kini boleh diukur, kata para penyelidik.
Penemuan ini diterbitkan dalam talian pada 18 Mac di jurnal Nature.
