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[!--downpath--]量子力学允许粒子突破能量屏障（墙壁）并因其波动性质而发生反应。图片来源：奥地利因斯布鲁克大学
科技日报记者 张家欣
在经典物理学的世界里，从山的一边到另一边，只需要消耗体力翻越山峰。 但在量子物理的世界里，有一种“穿墙”，就是量子隧道效应。 奥地利因斯布鲁克大学的物理学家首次通过实验观察到这种效应，这是迄今为止观察到的最慢的带电粒子反应。 相关研究论文发表在最新一期《自然》杂志上。
研究小组试图通过一个非常简单的反应来追踪量子力学隧道效应。 该团队选择氢气进行实验，将氘（氢的同位素）引入离子陷阱，使其冷却，然后用氢气填充离子陷阱。 由于温度很低，带负电的氘离子缺乏以传统方式与氢分子反应的能量。 然而，在极少数情况下，当两者碰撞时，确实会发生反应。
这是由隧道效应引起的。 研究第一作者罗伯特·怀尔德解释说，在量子力学中，粒子具有波动特性量子隧穿效应，这使得它们能够突破能量障碍并发生反应。 “在实验中，我们在量子阱中进行了大约 15 分钟的可能反应，然后确定了形成的氢离子的数量。根据氢离子的数量，我们可以推断出反应发生的频率。”
2018年，理论物理学家计算出，在这个系统中，每1000亿次碰撞中，量子隧道效应仅发生一次。 这与现在科学家测量的结果非常吻合。 经过多年的研究，研究人员首次证实了化学反应中隧道效应的准确理论模型。
在此基础上，研究人员可以开发更简单的化学反应理论模型，并已成功对其进行了测试。 隧道效应可以用于扫描隧道显微镜和闪存量子隧穿效应，也可以用来解释原子核的α衰变，还可以解释星际暗云中分子的一些天体化学合成。 考虑到这一点，该团队的实验为更好地理解许多化学反应奠定了基础。
主编圈子
量子隧道效应可以比作穿越山脉的魔力。 这在经典力学中，即在宏观世界中是不可能发生的，但在用量子力学理论描述微观粒子世界时却是有效的。 简而言之，微观粒子可以穿透或穿过看似无法穿透的墙壁。 对这一事件的描述将极大地促进诺贝尔奖级技术——扫描隧道显微镜的发展，该显微镜将利用量子隧道效应来更精确地定位和观察单个原子。
