Команда исследователей из Университета Торонто нашла способ измерить, сколько времени занимает квантовое туннелирование или туннельный эффект. В своей статье, опубликованной в журнале Nature, группа описывает эксперименты, которые они провели, и результаты, которые они нашли, пытаясь измерить, сколько времени занимает данный процесс при определенных обстоятельствах.

В каком-то смысле туннельный эффект — это явление, при котором частица проходит через энергетический барьер, несмотря на недостаток энергии для этого процесса. Ученые на самом деле не знают, как он работает, но все равно нашли ему применение. Например, этот процесс используют при создании сканирующих туннельных микроскопов. Одним из факторов туннельного эффекта, который обсуждался физиками в течение прошлого столетия, является вопрос — сколько времени требуется частице, чтобы пройти через энергетический барьер.

Трудность в ответе на этот вопрос заключается в определении самого времени и того, как оно применяется к туннельному эффекту. В этой новой работе исследователи использовали упрощенный подход к измерению того, сколько времени требуется одному типу частицы (атому рубидия) для прохождения очень специфического вида энергетического барьера (лазерного луча).

«Часы» в их экспериментах представляли собой вращение используемых атомов рубидия. Так как продолжительность их вращения является известной величиной, их можно использовать в качестве часов, измеряя, сколько вращений происходит, когда частицы проходят через барьер, в данном случае — лазерный луч. Таким образом, все, что нужно было сделать исследователям, — это записать текущее состояние вращения атома до его попадания в пучок и затем измерить его снова, когда он вышел.

Выполнение плана включало в себя захват облака атомов рубидия с использованием лазерного луча. А затем, с использованием того же лазерного луча, переместить атомы на путь другого лазерного луча, и измерить их вращение по обе стороны от второго луча. Чтобы было легче измерить вращение атомов, исследователи сначала сильно охладили облако, а затем направили частицы через энергетический барьер. Измерение вращения показало, что туннелирование заняло приблизительно 0,62 миллисекунды.

В дальнейших исследованиях исследователи хотели бы узнать больше о траектории движения атомов при прохождении через барьер.