量子跃迁时长可在无外部时钟下精确测量

科技日报讯（记者张佳欣）瑞士洛桑联邦理工学院团队开发出一种新方法，可在无外部时钟的情况下，精确测量量子跃迁的持续时间。研究显示，材料的原子结构对量子跃迁速度具有显著影响，对称性越低，跃迁越慢。相关成果发表在新一期《牛顿》期刊上。

量子事件，例如隧穿效应，或者电子通过吸收光子而改变自身状态的过程，发生的速度之快令人难以想象。有些过程仅持续几十阿秒，光线在这么短的时间内甚至都来不及穿过一颗小病毒。

尽管2023年诺贝尔物理学奖展示了阿秒光脉冲技术，科学家由此能够揭示极短时间过程，但这种方法仍依赖外部时钟，在测量时可能会干扰电子的真实行为，从而产生误导信息。

团队此次用量子干涉的方法解决了这个问题。他们采用了“自旋角分辨光电子能谱”技术，通过强光激发材料中的电子，使电子跃迁到能量更高的状态。同时，他们测量了电子的能量、方向和自旋。

团队测试了原子尺度上具有不同“形状”的材料。实验结果显示，在层状材料二硒化钛和二碲化钛中，量子跃迁时间明显延长至140—175阿秒。而在链状结构的碲化铜中，跃迁时间超过200阿秒。这表明，材料的原子尺度“形状”对量子事件的速度有显著影响，低对称性结构会导致更长的跃迁时间。

这一发现不仅揭示了光电子发射时间延迟的规律，为理解量子跃迁是否可视为瞬时提供了实验依据，也为物理学家探索量子过程时间行为和复杂材料中电子相互作用提供了新工具，有助于未来开发能够精确控制量子态的材料和技术。