百年量子之谜终破解：科学家首次观测到电子隧穿过程

物理学家通过实验揭示了电子在量子隧道效应过程中的作用，揭示了一个令人惊讶的内部碰撞过程，挑战了长期以来的认知。

韩国浦项科技大学（POSTECH）物理系教授金东彦(Kim Dong Eon)与马克斯·普朗克研究所-浦项联合研究团队在量子力学基础概念"电子隧穿效应"研究领域取得重大突破。

他的研究团队首次成功揭示了这一神秘过程中发生了什么，并通过实验观察证实了他们的发现。他们的这项研究成果发表在《物理评论快报》杂志上，并因解决一个多世纪以来仍未解决的难题而引起广泛关注。

虽然听起来像科幻小说，但量子世界中的粒子实际上可以做出类似于传送的壮举。其中一种现象称为量子隧道效应，其中电子设法穿过它们没有足够能量来克服的能量屏障（通常与墙壁相比），就好像直接开辟了一条隐藏的路径。

这种效应在半导体、智能手机和计算机中的重要组件的功能中起着至关重要的作用，也是核聚变的关键，核聚变是为太阳提供动力的反应。虽然科学家们早就知道隧道发生前后会发生什么，但电子穿过屏障本身时的确切行为仍然是一个长期的谜。研究人员可以确定这个过程的起点和终点，但中间发生的事情从未完全了解。

隧道内的新发现

金东彦教授的团队与德国海德堡马克斯·普朗克核物理研究所的 C. H. Keitel 教授团队进行了一项实验，使用强激光脉冲在原子中诱导电子隧道效应。

结果揭示了一个令人惊讶的现象：电子不是简单地穿过势垒，而是再次与隧道内的原子核碰撞。研究小组将这一过程命名为“屏障下再碰撞”（UBR）。到目前为止，人们认为电子只有在离开隧道后才能与原子核相互作用，但这项研究首次证实了这种相互作用可以发生在隧道内部。

更有趣的是，在这个过程中，电子在势垒内获得能量并再次与原子核碰撞，从而加强了所谓的“弗里曼共振”。这种电离明显大于先前已知的电离过程中观察到的电离，并且几乎不受激光强度变化的影响。这是一个全新的发现，是现有理论无法预测的。

量子技术控制的新时代

这项研究具有重要意义，因为它是世界上第一个阐明隧道效应过程中电子动力学的研究。它有望为半导体、量子计算机和依赖隧道效应的超快激光器等先进技术更精确地控制电子行为和提高效率提供重要的科学基础。

金东彦教授表示，“通过这项研究，我们能够找到有关电子穿过原子壁时如何表现的线索”，并补充道，“现在，我们终于可以更深入地了解隧道效应，并按照我们的意愿控制它。