量子隧穿百年悬疑告破——关键竟是意外碰撞

尽管穿墙传送的概念听起来像是电影情节，但这种现象确实存在于原子世界。这种被称为"量子隧穿"的现象，是指电子凭借自身能量似乎无法越过的能量壁垒（墙），却能犹如挖隧道般穿过。

该现象不仅是半导体（即智能手机和计算机的核心部件）的工作原理，也是太阳产生光和能量的核聚变过程的关键。然而迄今为止，人们对电子穿过隧穿壁垒前后的情况有所了解，但电子穿越壁垒时的确切行为始终不明。我们知道隧道的入口和出口，但其内部发生的事始终是个谜。

金东彦教授团队与德国海德堡马克斯·普朗克核物理研究所的C.H.凯特尔教授团队合作，利用强激光脉冲诱导原子中的电子隧穿进行实验。结果揭示了一个惊人现象：电子并非简单地穿过壁垒，而是在隧道内再次与原子核发生碰撞。研究团队将这一过程命名为"势垒下再碰撞"(UBR)。此前学界认为电子只能在离开隧道后才能与原子核相互作用，但该研究首次证实这种相互作用能在隧道内部发生。

更为有趣的是，在此过程中电子于势垒内获得能量后再次撞击原子核，从而强化了所谓的"弗里曼共振"。这种电离效应显著超越以往已知的电离过程，且几乎不受激光强度变化的影响。这是现有理论完全无法预测的全新发现。

本研究作为世界上首次阐明隧穿过程中电子动力学的成果意义重大，有望为精确调控电子行为、提升依赖隧穿效应的半导体、量子计算机和超快激光等尖端技术效率提供重要科学基础。

金东彦教授表示："通过这项研究，我们找到了电子穿越原子壁垒时行为方式的线索"，并补充道："现在我们终于能够更深入地理解隧穿效应，并实现按需操控。"

本研究由韩国国家研究基金会和韩国产业技术振兴院能力建设项目提供支持。