量子隧穿过程新观测颠覆传统认知

迄今为止，研究人员认为电子只能在穿出隧穿区域后才能与原子核相互作用。

 

科学家们首次成功揭示了“电子隧穿”过程的奥秘。这项量子力学核心概念的突破性工作，由浦项科技大学（POSTECH）的研究团队完成。

通过他们的新实验，科学家有望解开这个困扰学界百年的电子隧穿之谜。

“通过这项研究，我们得以找到关于电子在穿越原子壁垒时行为方式的线索，”浦项科技大学物理系的 Dong Eon Kim 教授表示。

量子隧穿：电子穿越能量壁垒

研究人员揭示，虽然“穿墙而过”听起来像是电影情节，但这种现象确实在原子世界中发生。

这种现象被称为“量子隧穿”，指的是电子似乎能穿越其自身能量无法克服的能量壁垒（墙），就像在其中挖了一条隧道。

在他们的实验中，研究人员利用强激光脉冲诱导原子中的电子发生隧穿。结果揭示了一个惊人现象：电子并非简单地穿过壁垒，而是在隧穿过程中再次与内部的原子核发生碰撞。研究团队将这一过程命名为“势垒下再碰撞”（Under-the-barrier recollision, UBR）。

迄今为止，研究人员认为电子只能在穿出隧穿区域后才能与原子核相互作用，但这项研究首次证实了这种相互作用可以在隧穿过程中发生。

势垒下再碰撞动力学

这项发表在《物理评论快报》上的研究，揭示了导致弗里曼共振（Freeman resonances, FR）的势垒下再碰撞动力学。这种势垒下再碰撞模型超越了传统的直接多光子跃迁描述，预测了FR现象的一些独特特征，而这些特征无法用现有的直接多光子跃迁理论来解释。

研究人员在论文中指出：“该模型预测了在非绝热隧穿区域下，光电子能谱中高阶弗里曼共振（FR）相对于阈上电离（above-threshold ionization）的主导地位，以及FR信号对激光强度近乎不变的平坦依赖性。”

电子在势垒内获得能量并再次碰撞原子核