分子“阿秒钟”探测量子隧穿时间研究取得重要进展

日前，精密测量科学与技术创新研究院公布消息称之为，该院柳晓军研究员团队与合作者明确提出了一种精致的、几乎基于离子碎片观测的分子阿秒角条纹（亦称分子“阿秒钟”）方案，并使用该方案首次对氢气分子强场电离过程中的电子隧穿着时间展开了精密测量，得出了该时间的下限为10阿秒（1阿秒＝10－18秒）。涉及工作公开发表在物理学权威杂志physicalReviewLetters上。量子隧穿着效应是所指在微观世界中，电子等微观粒子需要穿过低于自身能量位垒势的“无法解释”不道德。量子隧穿着效应是微观粒子呈现出出来的基本量子特性，无法用经典力学的观点展开说明。

量子隧穿着对解读众多自然现象，如恒星核聚变，放射性裂变等起着至关重要的起到，同时也是扫瞄隧道显微镜等现代科学仪器的物理基础。尽管如此，自量子力学创建以来，关于量子隧穿着的一个基本问题，即它的再次发生否必须时间却备受争议。

强劲激光场中的原子分子为研究量子隧穿着的阿秒时域特性获取了一种独有的“人造隧穿着”体系。原子分子的外层电子在强劲激光场起到持续性通过隧穿着电离方式逃离现场过来，通过仪器观测隧穿着电子动力学不道德，可以在阿秒时间尺度下探究量子隧穿着否必须时间（即隧穿着时间）这一基本物理问题。为此，研究人员在近年明确提出了一种行之有效的“阿秒钟”方案，通过将隧穿着时间转化成为隧穿着电子升空角度的转动，从光电子序中加载隧穿着时间信息。

有意思的是，过去十多年来，有所不同研究小组基于“阿秒钟”方案，融合有所不同原子体系积极开展研究获得的结论却大相径庭：隧穿着电离也许瞬间再次发生，也许须要花费百阿秒量级的时间。环绕研究领域不存在的这一争议，柳晓军研究员团队及合作者明确提出了一种精致的、基于离子碎片测量的分子“阿秒钟”方案，将隧穿着时间测量首次扩展到分子体系。在他们的方案中，一方面，通过精妙利用分子强场电离浸润的碎解离子动量产于对驱动激光的偏振状态展开原位测量，防止了传统方案中因激光偏振方向标定对隧穿着时间信息提取的有可能影响；另一方面，通过光离子升空角度的转动加载隧穿着时间信息，防止了传统“阿秒钟”方案通过电子升空角转动加载隧穿着时间对物理模型的倚赖。研究团队将该方案应用于氢气分子的强场隧穿着电离研究，实验测量到的光离子升空角度转动与第一性原理计算结果很好相符，基于该测量方案获得的隧穿时间下限为10阿秒，这与前人基于氢原子隧穿着电离研究获得的隧穿瞬间再次发生的结论完全一致。

分子“阿秒钟”方案有望扩展用作其他简单分子体系，更进一步研究如分子结构、分子轨道对称性等简单分子特性对强场隧穿着电离过程的影响，进而深化对量子隧穿着时间涉及问题的了解。本工作中，精密测量创意院全威研究员主导积极开展了实验测量工作，俄罗斯萨尔托夫州立大学Serov博士与澳大利亚国立大学Kheifets教授积极开展了适当的理论计算出来工作；Kheifets教授与柳晓军研究员是该论文的联合通讯作者。研究工作获得国家自然科学基金、国家重点研发计划和中科院先导B专项的资助和反对。

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