在精典化學世界中，從一座大山的那邊穿到那兒，只能消耗體力翻山越嶺。但在量子化學世界里，有一種“穿墻術”存在，這就是量子隧穿效應。德國因斯布魯克學院化學學家首次在實驗中觀察到了這些效應，這是有史以來觀察到的最慢的帶電粒子反應。相關研究論文發表在最新一期《自然》雜志上。
研究團隊這次企圖在一個特別簡單的反應中追蹤量子熱學隧穿效應。團隊選擇了氫來進行實驗，她們將氘（氫的核素）引入一個離子阱，使其冷卻，之后用二氧化碳填充離子阱。因為氣溫十分低頂尖的量子物理學技術在，帶負電的氘離子缺少以常規方法與氫分子反應的能量。但是，在極少數情況下，當二者發生碰撞時，確實會發生反應。
這是由隧穿效應導致的。研究第一作者羅伯特·懷爾德解釋說，量子熱學中，粒子具有波動性頂尖的量子物理學技術在，這使其可以突破能量障礙并發生反應。“在實驗中，我們給量子阱中可能發生的反應大概15分鐘的時間，之后確定產生的氫離子數目。從它們的數目中，我們可以推測出反應發生的頻度。”
2018年，理論化學學家估算出，在這個系統中，每千億次碰撞中只有一次發生量子隧穿。這與現今科學家檢測的結果十分吻合，經過多年研究，研究人員首次否認了物理反應中隧穿效應的精確理論模型。
在此基礎上，研究人員可以開發出更簡單的物理反應理論模型，并已成功進行測試。隧穿效應可被用于掃描隧洞顯微鏡和閃存中，也可用以解釋原子核的阿爾法衰變，還可解釋星際暗云短發子的一些天體物理合成。鑒于此，團隊的實驗為更好地理解許多物理反應奠定了基礎。（記者張佳欣）
【總編輯圈點】
量子隧穿效應可比穿山仙術，其在精典熱學也就是宏觀世界里不可能發生，但使用量子力學理論描述微觀粒子世界時，它卻有效。簡單來說，微觀粒子可以穿入或穿越看似不可穿越的高墻。而這次對這一風波的描述，將對諾獎級技術——掃描隧洞顯微鏡發展有極大推動，其將借助量子隧穿效應更為精確的定位和觀察單個原子。