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电子是如何离开原子的?测量电子的量子相位是可能的!

字号+作者: 来源:大学生创业网 2019-10-09 23:46:39 我要评论() 收藏成功收藏本文

维也纳工业大学的科学家开发的一种新的测量协议使得测量电子的量子相位成为可能,这是阿秒物理学中的一个重要步骤。这就像一个时间显微镜:今天的阿秒物理学允许科学家测量

维也纳工业大学的科学家开发的一种新的测量协议使得测量电子的量子相位成为可能,这是阿秒物理学中的一个重要步骤。这就像一个时间显微镜:今天的阿秒物理学允许科学家测量非常短的间隔。利用短脉冲激光,可以在1/1000000000秒(即1/1000000000秒1/1000000000秒)的时间范围内研究物理过程。例如,你可以研究单个原子是如何电离的,电子是如何离开原子的。电子不仅表现得像点,而且它们的量子物理波特性起着重要的作用:

电子实际上是一种电子波,它在很短的时间尺度上振荡,也在很小的长度尺度上振荡。测量这种振荡的周期持续时间是一个巨大的挑战,但更难确定它的相位:到底什么是拍子,然后是电子振荡?如果一个电子可以用两种不同的方式电离,那么这两个电子波是完全均匀地振荡,还是会有一个小的时滞(即相移)?来自维也纳工业大学和中佛罗里达大学creol学院的一个团队现在已经从理论上设计了一种可以测量电子波相位的协议。

电子不同步吗?

这使人们对光传感器或光伏的重要现象有了新的更好的认识。任何波都由波峰和谷组成,波的相位告诉我们它们在空间和时间中的位置。如果两个量子波重叠,使一个波的每个峰值与另一个波的峰值相交,那么它们加起来。但是,如果其中一个波稍微移动,使一个波的峰值与另一个波谷重叠,它们也可以被抵消。因此,相移在量子物理中起着非常重要的作用。这类似于在音乐中找到正确的节奏:两位音乐家在同一节奏下演奏是不够的。

一两个光子

他们的节拍也必须在不发生任何相移的情况下准确地重合。要做到这一点,你需要一个参考时钟,如导体或节拍器。新开发的量子测量协议使用了类似的东西:一个原子过程作为另一个原子过程的参考。在计算机模拟中,研究了不同能量的激光脉冲对氦原子的电离作用。氦原子吸收光子并从激光脉冲中发射电子。然后电子有一个特定的相位,这是很难测量的。新方法的诀窍是增加第二个量子效应作为时钟,这可以说是一个量子节拍器。

在某些条件下,原子一次也能吸收两个光子,而不是一次只吸收一个光子。这种双重吸收导致了同样的最终结果,电子带着非常特定的能量飞走了。但这一次,电子有一个不同的相位,这种差异可以测量。在第二种物理中,不可能简单地用相机来制作量子物理系统的电影。相反,必须使用复杂的实验方案,目前正在使用各种此类协议,但迄今为止还没有任何协议能够直接测量电子相位。现在维也纳大学和中佛罗里达大学的团队已经达成了新的协议,这应该是可能的。

新的测量协议允许我们结合非常特殊的激光脉冲将有关电子相位的信息转换成空间分布的信息。通过使用正确的激光脉冲类型,可以直接从电子的角度分布获得相位信息。新的实验方案现已发表在物理评论上。现在,需要进行实验来测试这种方法的局限性,以了解在实际使用新协议时可以获得什么样的量子力学信息。

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