據美國科學促(cù)進會(AAAS)網站近日報道,科學家早已能觀(guān)察到電子等微觀(guān)粒子的量子隧(suì)道效(xiào)應,也發現了微顆粒的磁化強度等宏觀物理量顯示出宏(hóng)觀量子隧道效應,但迄(qì)今還沒有觀(guān)察到肉眼(yǎn)可見物體的量子隧道效應。現在,芬蘭(lán)科學家表示,能通過他們設計(jì)的(de)實驗觀察到大(dà)物體的量子隧道效應。但也有科學家(jiā)認為,實驗可能麵臨諸多挑戰。
量子隧道效(xiào)應是一(yī)種量子特性,是(shì)電子等微觀粒子能夠穿過它們本來無法通過的“牆壁”(勢壘)的現象。這是因為,根據量子(zǐ)力學理論,微觀粒子具有(yǒu)波的性質,而有不為零的(de)概率穿過勢壘。科學家們已在半導體領域充分演示了量子隧道效應,在半導體中,電子會穿過材料的非導電層。掃描隧道顯微鏡也是一種利用量子(zǐ)隧道效應來探測物質表麵結構的儀器,其(qí)兩位發明者(zhě)還摘(zhāi)得(dé)了1986年諾貝爾物理學獎的桂冠。
芬蘭阿爾托大學的邁卡?西蘭(lán)帕和同事表示,使用他們(men)研製出的像蹦床一樣的膜片能讓科學家們觀測到肉(ròu)眼可見物體(tǐ)的(de)量子(zǐ)隧道效應。該微米寬的膜片由(yóu)石墨烯製成,比(bǐ)量子力學係統的原子和分子要(yào)大。如果實驗取得成功,將讓科學家們距離構造出像量子力學一樣表現的機械係統更近一步。2010年,物理學家們通過讓一個細小的(de)物體進入隻能由量子(zǐ)力學來描(miáo)述的運動狀態,朝該方(fāng)向邁出了關鍵的第一步,但(dàn)觀(guān)察到大(dà)物(wù)體的量子隧(suì)道效應是更大的進(jìn)步。
西蘭帕解釋道,將該(gāi)膜片懸掛於一塊金屬板上,當對其施加電(diàn)壓時,將有兩個穩定的狀態:處於其中一個狀態時,膜(mó)片在(zài)中間輕(qīng)輕彎曲;另外一個狀(zhuàng)態時,膜片會彎曲(qǔ)很多以接觸金屬板。膜片上的電力和機械力會在這兩個(gè)狀態之間(jiān)製(zhì)造出一個能量勢壘。如果能通過將其冷卻到絕對零度的千分之一以降低該膜片的能量,那麽(me)該膜片在這兩種狀態之間轉變的唯一方式是借助量子隧道效應。科學家們接著可通過(guò)查看整(zhěng)個係統電容的變化來觀察膜片狀態的變(biàn)化(huà)。西蘭帕表示(shì),獲得這樣的低溫可能需要幾年,不過,他們願意克服困難進行實驗。
美(měi)國達(dá)特茅斯學院物理學家沃爾特?勞倫斯表示,力學係統(tǒng)的量子隧道效(xiào)應是“人們一直苦苦追尋的聖杯”,但該實驗可能非常困難。韓國(guó)浦項科技大學物理學家李吉鎬(音譯)表示,該實驗有望朝演示大物體的量子隧道效應邁出重要的(de)第一步。但(dàn)他(tā)也提醒說(shuō),實驗可能無法給出確(què)定的(de)結論,因為當該(gāi)膜片吸(xī)收一點以(yǐ)熱的形式而存在的少量額外能量時(shí),它也可能(néng)進行同樣的變換,“因此(cǐ),科學(xué)家們需要進行更複(fù)雜的實驗”。
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