بیگ بنگ: تونل زنی کوانتومی که یکی از ویژگی‌های مکانیک کوانتومی برشمرده می شود، به فرایند کوانتومیِ تونل زدن ذره بنیادی در یک سد پتانسیل اشاره دارد. این اتفاق ِ مهم در چندین پدیدۀ فیزیکی به چشم می خورد؛ برای مثال، در واکنش‌های هسته‌ای که در ستارگان رشته اصلی مثل خورشید روی می دهد. این پدیده در اوایل قرن بیستم پیش بینی شده بود و در اواسط قرن جاری بعنوان یک پدیده کلی فیزیکی مورد پذیرش قرار گرفت.

به گزارش بیگ بنگ، فیزیکدانانِ دانشگاه دریک، دانشگاه گریفیث، دانشگاه لانزو، دانشگاه ملی استرالیا و موسسه علوم پایه کره چندین آزمایش در همین راستا انجام داده و تاخیر تونل زنی را بررسی کردند. منظور از این تاخیر، مدت زمانی است که طول میکِشد الکترون از یک اتم هیدروژن بیرون رفته و یا یونیزه شود. «استایا ساینات» و همکارانش کرانِ بالای 1.8 آتوثانیه را برای تاخیر تونل زنی در نظر گرفتند. این کار با یافته‌های نظری سازگاری دارد.

محقق و نویسنده مقاله، پروفسور «رابرت سانگ» از مرکز دینامیک کوانتومی دانشگاه گریفیث بیان کرد: «در دنیای کلاسیک، قوانین فیزیک نیوتن چیزی است که اجرام فیزیکی بزرگ از آن تبعیت می کند. اگر به دیواری تکیه بدهید، آن دیوار فشاری در جهت مخالف وارد می کند تا شما سر جای خود ایستاده و به درون دیوار وارد نشوید. اما وقتی در سطح میکروسکوپی مسائل را بررسی کنید، رفتار اجسام به طرز قابل توجهی تغییر می کند. اینجاست که قوانین فیزیک از کلاسیک به کوانتومی تغییر پیدا می کند.»

پروفسور سانگ و همکارانش آزمایش‌هایی را در مرکز علوم آتوثانیه در استرالیا در طول چند سال انجام دادند. آنها در این آزمایش‌ها مدت زمانی را که طول میکشد ذره از آن دیوار عبور کند، مورد اندازه‌گیری قرار دادند. وی در ادامه افزود: «ما از هیدروژن که ساده‌ترین اتم است، استفاده کردیم. ما دریافتیم که هیچ تاخیری در آنچه اندازه گرفتیم، وجود ندارد.»

محققان در این آزمایش‌ها از یکی از ویژگی‌های نور استفاده کرده و آن را به ساعتی تحت عنوان «آتوساعت» یا «attoclock» تبدیل کردند. این ساعت با ارسال پالسی از نور برای برهمکنش با اتم هیدروژن، شرایط را طوری تنظیم می کند که الکترون از آن اتم بتواند به درون یک مانع تونل بزند.

پروفسور سانگ خاطرنشان کرد: «مدت زمان تونل زنی که ما اندازه گرفتیم بیشتر از 1.8 آتوثانیه نشد؛ یعنی بسیار کمتر از آن مدت زمانی که نظریه ها پیش بینی کرده بودند. حالا ما می دانیم که زمان تونل زنی باید کمتر از 1.8 آتوثانیه باشد؛ یعنی یک میلیاردم میلیاردم ثانیه. این زمان شدیدا کوتاه است، اما یک الکترون به صد آتوثانیه زمان نیاز دارد تا در یک اتم به دور هسته‌اش بچرخد. در آزمایش‌های قبلی از اتم‌های پیچیده‌تری استفاده شده بود که در برگیرنده چندین الکترون بود. تقریب در مدل ما جایگاهی ندارد، زیرا ما نگرانِ برهمکنش‌های الکترون-الکترون نبودیم.» جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sci-news.com