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摘要：在亚原子水平上，粒子可以像幽灵一样穿过看似无法逾越的障碍。几十年来，物理学家一直在想，这种所谓的量子隧穿需要多长时间。根据一项新的研究，他们测量了氢原子的隧穿电子，发现它的通过几乎是瞬间的。但是一个亚原子粒子不需要翻山越岭就能到达另一边，粒子也是波，它们在空间中无限延伸。现在描绘了波撞击障碍物的情形；它继续穿过障碍物但失去能量，其振幅向下倾斜。但如果障碍物足够薄，波的振幅不会衰减到零。
在亚原子水平上，粒子可以像幽灵一样穿过看似无法逾越的障碍。
几十年来，物理学家一直在想，这种所谓的量子隧穿需要多长时间。现在，经过三年的调查，一个由理论物理学家组成的国际团队找到了答案。根据一项新的研究，他们测量了氢原子的隧穿电子，发现它的通过几乎是瞬间的。
粒子能穿过固体物体，不是因为它们很小（尽管它们很小），而是因为物理规则在量子层面上是不同的。
想象一个球从山谷中滚向像珠穆朗玛峰一样高的斜坡；没有喷气背包的推动，这个球永远没有足够的能量去爬山。但是一个亚原子粒子不需要翻山越岭就能到达另一边，
粒子也是波，它们在空间中无限延伸。根据所谓的波动方程，这意味着粒子可以在波的任何位置被发现。
现在描绘了波撞击障碍物的情形；它继续穿过障碍物但失去能量，其振幅（峰的高度）向下倾斜。但如果障碍物足够薄，波的振幅不会衰减到零。只要扁平波中还剩下一些能量，粒子就有可能——尽管是很小的一个——穿过山丘飞出另一边。
进行实验，在量子水平上捕捉到这种难以捉摸的活动，至少可以说是“非常有挑战性”，研究合著者罗伯特·桑，澳大利亚格里菲斯大学（Griffith University）的一位实验量子物理学家和教授在一封电子邮件中告诉《现场科学》：
“你需要把非常复杂的激光系统、反应显微镜和氢原子束系统结合起来才能同时工作，桑说：
它们的设置确立了三个重要的参考点：它们与原子相互作用的开始时间；预期自由电子从势垒后面出现的时间；以及它实际出现的时间，桑在一段视频中说：
用光保持时间研究人员使用了一种称为阿秒钟的光学计时装置——能够测量电子到阿秒或十亿分之一秒的运动的超短偏振光脉冲。他们的阿托钟以每秒1000个脉冲的速度将氢原子沐浴在光中，使原子电离，使其电子能够通过势垒逃逸，研究人员报告说，
势垒另一侧的反应显微镜测量了电子出现时的动量。“反应显微镜在带电粒子与阿托钟发出的光脉冲相互作用后检测其能量水平，”桑告诉《现场科学》杂志，“从中我们可以推断出穿过障碍物所需的时间，”桑说，
“我们可以测量到的精度是1.8阿托秒。”我们可以得出结论，隧穿时间必须小于1.8阿秒“，他补充道，
实验在量子隧穿中用光脉冲轰击氢原子，然后用显微镜测量它们的动量。（安德鲁·汤姆森/格里菲斯大学）虽然测量系统很复杂，但研究人员实验中使用的原子是简单原子氢，它只包含一个电子。根据这项研究，先前由其他研究人员进行的实验使用了包含两个或更多电子的原子，如氦、氩和氪。
因为释放的电子可以相互作用，这些相互作用可以影响粒子的隧穿时间。桑解释说，这可以解释为什么先前的研究估计比新的研究要长，而且是几十阿秒。这个氢原子结构的简单性使得研究人员能够以先前无法达到的精度来校准他们的实验，从而建立了一个重要的基准，可以用来测量其他的隧穿粒子，研究人员报告说：
这一发现发表在3月18日的《自然》杂志的网络版上。
扭曲的物理学：7个令人震惊的发现奇怪的夸克和介子，天哪！自然界最小的粒子解剖（信息图表）物理学中最大的未解之谜最初发表在《生命科学》杂志上
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