การทดลองทดสอบว่าอิเล็กตรอนสามารถหนีอะตอมได้ทันที สล็อตเว็บตรง แตกง่าย หรือไม่อนุภาคควอนตัมสามารถเจาะทะลุสิ่งกีดขวางที่ไม่น่าจะทะลุผ่านได้ แต่ก็ไม่ได้ทำในทันที การทดลองใหม่แนะนำ
กระบวนการนี้เรียกว่าอุโมงค์ควอนตัมเกิดขึ้นเร็วมาก
ทำให้ยากต่อการยืนยันว่าต้องใช้เวลาทั้งหมดหรือไม่ ในการศึกษาอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจากอะตอมของพวกมัน นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุว่าอนุภาคจะใช้เวลานานแค่ไหนในการขุดอุโมงค์: ประมาณ 100 attoseconds หรือ 100 พันล้านของหนึ่งพันล้านวินาทีนักวิจัยรายงาน 14 กรกฎาคมในPhysical Review Letters
ในการขุดอุโมงค์ควอนตัม อนุภาคจะเคลื่อนผ่านสิ่งกีดขวางทั้งๆ ที่ไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะข้ามผ่าน ราวกับว่ามีใครกลิ้งลูกบอลขึ้นไปบนเนินเขาแต่ไม่ได้กดแรงพอที่จะไปถึงยอด แต่ลูกบอลก็ลอดผ่านอุโมงค์ไปอีกฝั่งหนึ่ง
แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะทราบดีว่าอนุภาคสามารถเจาะอุโมงค์ได้ จนถึงขณะนี้ “ยังไม่ชัดเจนว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร หรือชัดเจนว่าอนุภาคทำอะไร” นักฟิสิกส์ Christoph Keitel จากสถาบัน Max Planck สำหรับฟิสิกส์นิวเคลียร์ในไฮเดลเบิร์ก ประเทศเยอรมนี กล่าว นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีได้ถกเถียงกันมานานระหว่างสองทางเลือกที่เป็นไปได้ ในรุ่นหนึ่ง อนุภาคจะปรากฏขึ้นทันทีที่อีกด้านหนึ่งของสิ่งกีดขวาง โดยไม่มีโมเมนตัมตั้งต้น ในอีกทางหนึ่ง อนุภาคต้องใช้เวลาในการส่งผ่าน และออกจากอุโมงค์ด้วยโมเมนตัมที่สร้างขึ้นแล้ว
Keitel และเพื่อนร่วมงานทดสอบอุโมงค์ควอนตัมด้วยการระเบิดอาร์กอนและก๊าซคริปทอนด้วยเลเซอร์พัลส์ โดยปกติ การดึงนิวเคลียสที่มีประจุบวกของอะตอมจะทำให้อิเล็กตรอนถูกผูกมัดอย่างแน่นหนา ทำให้เกิดกำแพงแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อหลบหนี แต่ด้วยการกระแทกจากเลเซอร์ อิเลคตรอนสามารถหลุดเป็นอิสระได้ การกระแทกนั้นทำให้สิ่งกีดขวางแม่เหล็กไฟฟ้าอ่อนลงมากพอที่อิเล็กตรอนจะออกไปได้ แต่โดยการขุดอุโมงค์เท่านั้น
แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะไม่สามารถวัดเวลาในอุโมงค์ได้โดยตรง แต่พวกเขาได้ทำการทดลองเพื่อให้มุมที่อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอมเผยให้เห็นว่าทฤษฎีใดในสองทฤษฎีที่ถูกต้อง แสงของเลเซอร์ถูกโพลาไรซ์แบบวงกลม — คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของมันหมุนตามเวลา ทำให้ทิศทางของการกระดิกของคลื่นเปลี่ยนไป ถ้าอิเล็กตรอนหนีออกมาทันที เลเซอร์จะดันไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งโดยเฉพาะ แต่ถ้าการขุดอุโมงค์ต้องใช้เวลา ทิศทางของเลเซอร์จะหมุนไปตามเวลาที่อิเล็กตรอนหลบหนี ดังนั้นอนุภาคจะถูกผลักไปในทิศทางที่ต่างออกไป
การเปรียบเทียบอาร์กอนและคริปทอนทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถยกเลิกข้อผิดพลาดในการทดลองได้ นำไปสู่การวัดที่ละเอียดอ่อนมากขึ้นซึ่งสามารถแยกแยะระหว่างสองทฤษฎีนี้ได้ ข้อมูลตรงกับการคาดการณ์ตามทฤษฎีที่ว่าการขุดอุโมงค์ต้องใช้เวลา
บทสรุปนั้นขัดแย้งกับความคาดหวังของนักฟิสิกส์บางคน
นักฟิสิกส์ Ursula Keller จาก ETH Zurich กล่าวว่า “ฉันค่อนข้างแน่ใจว่าเวลาในอุโมงค์นั้นไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในทันที เพราะในท้ายที่สุดแล้ว ในทางฟิสิกส์ ไม่มีอะไรเกิดขึ้นได้ในทันที ผลลัพธ์ที่เธอบอกว่าเห็นด้วยกับการทดลองก่อนหน้านี้ที่ดำเนินการโดยทีมของเธอ
นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ยังคิดว่าการขุดอุโมงค์แบบทันทีทันใดเป็นไปได้ นักฟิสิกส์ Olga Smirnova จาก Max Born Institute ในกรุงเบอร์ลินกล่าวว่าข้อสรุปของ Keitel และเพื่อนร่วมงานขัดแย้งกับงานวิจัยก่อนหน้านี้ ในการคำนวณทางทฤษฎีของการขุดอุโมงค์ในระบบที่ง่ายมาก Smirnova และเพื่อนร่วมงานไม่พบหลักฐานของเวลาในการเจาะอุโมงค์ ความซับซ้อนของอะตอมที่ศึกษาในการทดลองครั้งใหม่นี้อาจนำไปสู่ความคลาดเคลื่อนได้ Smirnova กล่าว ถึงกระนั้น การทดลองนี้ “แม่นยำมากและทำด้วยความระมัดระวังอย่างยิ่ง”
แม้ว่าการขุดอุโมงค์ควอนตัมอาจดูเหมือนเป็นแนวคิดที่ลึกลับ แต่นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ประโยชน์จากมันเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น การสแกนกล้องจุลทรรศน์แบบเจาะอุโมงค์ ใช้อิเล็กตรอนในอุโมงค์เพื่อสร้างภาพแต่ละอะตอม สำหรับกระบวนการพื้นฐานที่สำคัญเช่นนี้ Keller กล่าวว่า นักฟิสิกส์ต้องแน่ใจว่าพวกเขาเข้าใจมันจริงๆ “ฉันไม่คิดว่าเราจะปิดบทของการอภิปรายได้ในตอนนี้” เธอกล่าว
การเก็งกำไรที่ LIGO จะคว้าโนเบลเริ่มขึ้นทันทีที่มีการประกาศการค้นพบ ดังนั้นความร่วมมือจึงไม่แปลกใจกับเกียรตินี้ “เราคาดหวังว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นอย่างแน่นอน” Manuela Campanelli สมาชิกทีม LIGO จากสถาบันเทคโนโลยีโรเชสเตอร์กล่าว กระนั้น การไม่แปลกใจไม่ได้ทำให้อารมณ์ของงานรื่นเริงลดลง “ฉันรู้สึกอยู่ในความฝัน” บูโอนันโนกล่าว
ขณะนี้ LIGO และ Virgo อยู่ในช่วงปิดตัวลงในขณะที่นักวิทยาศาสตร์กำลังปรับแต่งเครื่องตรวจจับเพื่อปรับปรุงความไวของพวกเขา การล่าคลื่นความโน้มถ่วงจะเริ่มขึ้นในปีหน้า นอกจากการรวมตัวของหลุมดำและการแตกตัวของดาวนิวตรอนแล้ว ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์อาจมองเห็นคลื่นจากดาวระเบิดที่เรียกว่าซุปเปอร์โนวา เครื่องตรวจจับที่กำลังจะเกิดขึ้นอาจสัมผัสได้ถึงแรงสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นในบิกแบง ซึ่งทำให้มองเห็นจุดเริ่มต้นของจักรวาลได้
และนักวิทยาศาสตร์อาจพบปรากฏการณ์ใหม่ๆ ที่พวกเขาคาดไม่ถึงด้วยซ้ำ “ฉันรอคอยความประหลาดใจครั้งใหญ่ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า” Thorne กล่าว สล็อตเว็บตรง แตกง่าย / ซีรีย์จีน พากย์ไทย
