四川
探索宇宙奥秘 · 理性思考
时间是什么？
这个问题困扰了哲学家和物理学家数千年。
量子力学的出现，并没有让这个问题变得简单。
在微观世界里，时间变得更加扑朔迷离。
瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的物理学家最近有了新发现。
他们找到了一种测量量子事件时间的方法。
结果令人意外：量子时间的流逝，竟然取决于材料的对称性。
这项研究发表在2026年2月的期刊《Newton》上。
量子世界的速度超乎想象。
像电子隧穿，或者电子吸收光子改变状态。
这些事件往往发生在阿秒级别。
一阿秒是10的负18次方秒。
在这个瞬间，光甚至来不及穿过一个病毒的宽度。
测量这么短的时间，难度极大。
因为任何外部的“计时器”，都会干扰我们要观察的对象。
2023年的诺贝尔物理学奖，展示了阿秒脉冲技术的潜力。
但这仍然属于“外部时钟”。
EPFL的Hugo Dil教授指出，外部时间尺度可能会引入伪影。
为了解决这个问题，研究团队另辟蹊径。
他们利用量子干涉方法，基于相位积累与时间的联系。
这种方法不需要外部时钟，避免了干扰。
研究团队开发了一种全新的测量逻辑。
他们把电子的自旋当成了内部时钟。
当电子吸收光子并从材料中逸出时，它们会携带信息。
这些信息就编码在自旋的变化中。
自旋的变化方式，取决于底层量子过程的展开方式。
光激发电子时，电子可以同时走多条量子路径。
这些路径会相互干涉。
干涉会以特定模式表现在发射电子的自旋上。
通过研究自旋模式随电子能量的变化，团队算出了跃迁持续时间。
这项技术被称为自旋和角分辨光电子能谱（SARPES）。
SARPES利用强大的同步辐射光照射材料。
光将材料中的电子推到高能级，迫使它们逸出。
研究人员随后测量逸出电子的能量、方向和自旋。
有了SARPES这把“尺子”，研究人员开始测试不同材料。
他们选择了具有不同原子级“形状”的材料。
普通的铜是完全三维的。
二硒化钛和二碲化钛由弱连接的层组成，像扁平的薄片。
碲化铜具有更简单的链状结构。
这些结构差异，非常适合测试几何形状对时间的影响。
结果呈现出清晰的规律。
材料的结构越简单、维度越低，量子跃迁持续的时间就越长。
在三维的铜中，跃迁极快，持续约26阿秒。
在两种层状材料中，过程明显变慢，达到140至175阿秒。
而在链状结构的碲化铜中，跃迁时间超过了200阿秒。
这意味着，原子尺度的“形状”强烈影响量子事件的速度。
低对称性结构会导致更长的跃迁时间。
这项研究不仅具有理论意义，也为材料科学提供了新工具。
它告诉我们，想要控制量子态，必须考虑材料的对称性。
中国在相关领域的研究正处于快速上升期。
阿秒科学和超快光谱学，是中国物理学的重点发展方向之一。
中国科学院上海光学精密机械研究所等机构，在阿秒激光产生领域处于国际先进水平。
这为时间分辨实验提供了强大的光源基础。
在实验手段上，中国的大科学装置建设令人瞩目。
正在建设的高能同步辐射光源（HEPS），将是世界上最亮的第四代同步辐射光源之一。
这类装置非常适合进行SARPES等高精尖实验。
此外，中国在量子材料的研究上投入巨大。
对于拓扑材料、二维材料等具有特殊对称性的体系，中国科研团队有着深厚的积累。
EPFL的这项发现，将为中国科学家设计新型量子器件提供理论指导。
通过调控材料的对称性，我们可以精确调节量子过程的时间参数。
这对于未来的量子计算和量子通信至关重要。
我们不仅要看到“量子时间”，更要学会驾驭它。
Fei Guo, et al. Dependency of quantum time scales on symmetry, Newton (2026). DOI: 10.1016/j.newton.2025.100374.
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