科學(xué)家讓光子“穿墻遁壁”

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家首次利用光讓電子穿過(guò)了經(jīng)典力學(xué)里無(wú)法穿越的“墻壁”(勢(shì)壘)，實(shí)現(xiàn)了量子隧穿，科學(xué)家們有望借此研制出新的凝聚態(tài)。相關(guān)研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

在量子力學(xué)里，量子隧穿效應(yīng)為一種量子特性，是電子等微觀(guān)粒子能夠穿過(guò)它們本來(lái)無(wú)法通過(guò)的“墻壁”的現(xiàn)象。正常情況下，粒子無(wú)法穿過(guò)這些“墻壁”，但如果這些粒子足夠小，這一切就可以發(fā)生。在放射性衰變發(fā)生時(shí)、在很多化學(xué)反應(yīng)中以及在掃描隧道顯微鏡內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)這種量子隧穿效應(yīng)，這是因?yàn)楦鶕?jù)量子力學(xué)，微觀(guān)粒子具有波的性質(zhì)，因而有不為零的概率穿過(guò)這些“墻壁”。

該研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者杰里米·鮑姆博格表示:“告訴電子如何穿過(guò)“墻壁”的技巧是讓光同電子“聯(lián)姻”。”

科學(xué)家們解釋道，這場(chǎng)“聯(lián)姻”是“命中注定”的，因?yàn)楣庖怨舱袂还庾拥男问匠霈F(xiàn)，科學(xué)家們將一束光捕獲在鏡子之間，讓其在鏡子間來(lái)回反彈，光把電子夾在中間，讓電子振動(dòng)穿過(guò)墻壁。

研究人員皮特·克里斯托弗里尼指出:“這場(chǎng)"婚姻"產(chǎn)生的后代實(shí)際上是新的不可分割的粒子，這些粒子由光和物質(zhì)組成，可以自由地通過(guò)像平板一樣的半導(dǎo)體"墻壁"而消失。”

科學(xué)家表示，新粒子的獨(dú)特特征之一是它們會(huì)朝一個(gè)特定的方向延伸，而且它們之間也存在著強(qiáng)烈的相互作用。

目前，很多試圖制造出“凝聚態(tài)”的半導(dǎo)體物理學(xué)家正在密切關(guān)注這些相互作用強(qiáng)烈的粒子。“凝聚態(tài)”指的是由大量粒子組成且粒子間有很強(qiáng)相互作用的系統(tǒng)。低溫下的超流態(tài)、超導(dǎo)態(tài)、玻色—愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)、磁介質(zhì)中的鐵磁態(tài)、反鐵磁態(tài)等都是凝聚態(tài)，它們能在半導(dǎo)體內(nèi)毫無(wú)損失地“旅行”。這些新的帶電粒子也具有量子力學(xué)特征，即能同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地方，因此，科學(xué)家們有望使用這些新粒子，將原子物理學(xué)家的想法變?yōu)閷?shí)用設(shè)備。

在人的印象中，光流動(dòng)不羈。實(shí)際上，光子(或者說(shuō)電磁波)與有形體的物質(zhì)(或者說(shuō)凝聚態(tài))之間，沒(méi)有截然區(qū)分。這就是一百年前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的“波粒二象性”的道理。如果你把物體冷卻到接近絕對(duì)零度，它就會(huì)表現(xiàn)出一種與激光極其相似的流動(dòng)性。而卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的成就，是一種新的演示成功地讓光與物質(zhì)不分彼此，結(jié)合成能穿透別物的流動(dòng)形態(tài)，而這種形態(tài)還沒(méi)有先例。今后，科學(xué)家會(huì)試圖在量子實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用這種新形態(tài)，看看它能不能帶來(lái)突破。