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[!--downpath--]量子力學允許粒子突破能量屏障（墻壁）并因其波動性質而發生反應。圖片來源：奧地利因斯布魯克大學
科技日報記者 張家欣
在經典物理學的世界里，從山的一邊到另一邊，只需要消耗體力翻越山峰。 但在量子物理的世界里，有一種“穿墻”，就是量子隧道效應。 奧地利因斯布魯克大學的物理學家首次通過實驗觀察到這種效應，這是迄今為止觀察到的最慢的帶電粒子反應。 相關研究論文發表在最新一期《自然》雜志上。
研究小組試圖通過一個非常簡單的反應來追蹤量子力學隧道效應。 該團隊選擇氫氣進行實驗，將氘（氫的同位素）引入離子陷阱，使其冷卻，然后用氫氣填充離子陷阱。 由于溫度很低，帶負電的氘離子缺乏以傳統方式與氫分子反應的能量。 然而，在極少數情況下，當兩者碰撞時，確實會發生反應。
這是由隧道效應引起的。 研究第一作者羅伯特·懷爾德解釋說，在量子力學中，粒子具有波動特性量子隧穿效應，這使得它們能夠突破能量障礙并發生反應。 “在實驗中，我們在量子阱中進行了大約 15 分鐘的可能反應，然后確定了形成的氫離子的數量。根據氫離子的數量，我們可以推斷出反應發生的頻率。”
2018年，理論物理學家計算出，在這個系統中，每1000億次碰撞中，量子隧道效應僅發生一次。 這與現在科學家測量的結果非常吻合。 經過多年的研究，研究人員首次證實了化學反應中隧道效應的準確理論模型。
在此基礎上，研究人員可以開發更簡單的化學反應理論模型，并已成功對其進行了測試。 隧道效應可以用于掃描隧道顯微鏡和閃存量子隧穿效應，也可以用來解釋原子核的α衰變，還可以解釋星際暗云中分子的一些天體化學合成。 考慮到這一點，該團隊的實驗為更好地理解許多化學反應奠定了基礎。
主編圈子
量子隧道效應可以比作穿越山脈的魔力。 這在經典力學中，即在宏觀世界中是不可能發生的，但在用量子力學理論描述微觀粒子世界時卻是有效的。 簡而言之，微觀粒子可以穿透或穿過看似無法穿透的墻壁。 對這一事件的描述將極大地促進諾貝爾獎級技術——掃描隧道顯微鏡的發展，該顯微鏡將利用量子隧道效應來更精確地定位和觀察單個原子。
