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芬兰提出观察肉眼可见物量子隧道效应方案 |
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朝演示大物体的量子隧道效应迈出重要一步 |
（图片来源：美国科学促进会网站）
据美国科学促进会（AAAS）网站近日报道，科学家早已能观察到电子等微观粒子的量子隧道效应，也发现了微颗粒的磁化强度等宏观物理量显示出宏观量子隧道效应，但迄今还没有观察到肉眼可见物体的量子隧道效应。现在，芬兰科学家表示，能通过他们设计的实验观察到大物体的量子隧道效应。但也有科学家认为，实验可能面临诸多挑战。
量子隧道效应是一种量子特性，是电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的“墙壁”（势垒）的现象。这是因为，根据量子力学理论，微观粒子具有波的性质，而有不为零的概率穿过势垒。科学家们已在半导体领域充分演示了量子隧道效应，在半导体中，电子会穿过材料的非导电层。扫描隧道显微镜也是一种利用量子隧道效应来探测物质表面结构的仪器，其两位发明者还摘得了1986年诺贝尔物理学奖的桂冠。
芬兰阿尔托大学的迈卡·西兰帕和同事表示，使用他们研制出的像蹦床一样的膜片能让科学家们观测到肉眼可见物体的量子隧道效应。该微米宽的膜片由石墨烯制成，比量子力学系统的原子和分子要大。如果实验取得成功，将让科学家们距离构造出像量子力学一样表现的机械系统更近一步。2010年，物理学家们通过让一个细小的物体进入只能由量子力学来描述的运动状态，朝该方向迈出了关键的第一步，但观察到大物体的量子隧道效应是更大的进步。
西兰帕解释道，将该膜片悬挂于一块金属板上，当对其施加电压时，将有两个稳定的状态：处于其中一个状态时，膜片在中间轻轻弯曲；另外一个状态时，膜片会弯曲很多以接触金属板。膜片上的电力和机械力会在这两个状态之间制造出一个能量势垒。如果能通过将其冷却到绝对零度的千分之一以降低该膜片的能量，那么该膜片在这两种状态之间转变的唯一方式是借助量子隧道效应。科学家们接着可通过查看整个系统电容的变化来观察膜片状态的变化。西兰帕表示，获得这样的低温可能需要几年，不过，他们愿意克服困难进行实验。
美国达特茅斯学院物理学家沃尔特·劳伦斯表示，力学系统的量子隧道效应是“人们一直苦苦追寻的圣杯”，但该实验可能非常困难。韩国浦项科技大学物理学家李吉镐（音译）表示，该实验有望朝演示大物体的量子隧道效应迈出重要的第一步。但他也提醒说，实验可能无法给出确定的结论，因为当该膜片吸收一点以热的形式而存在的少量额外能量时，它也可能进行同样的变换，“因此，科学家们需要进行更复杂的实验”。
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