Fysikere observerer kvante-romtidsgrense for første gang

Et team ved Universitetet i Regensburg og Max Planck-instituttet observerte en ny kvantebegrensning ved samtidig måling av et elektrons posisjon og tidsutvikling, og publiserte resultatene i Nature Photonics på torsdag.nature+1
"Romtidsgrensen" er distinkt fra Heisenbergs usikkerhetsprinsipp, og styrer i stedet avveiningen mellom romlig oppløsning og tidsmessig presisjon ved elektronmålinger.nature+1
Teknikken brukte lysbølgedrevet skanning-tunnelmikroskopi med sub-angstrøm og attosekund-presisjon, noe som potensielt kan informere fremtidig design av kvanteutstyr.nature+1

Fysikere har for første gang observert en fundamental kvantegrense for hvor presist posisjonen og tidsutviklingen til et enkelt elektron kan måles samtidig, ifølge en studie publisert i Nature Photonics 3. juli 2026.uni-regensburg+1

En ny kvantebegrensning

Forskningen, utført av et team ved Universitetet i Regensburgs RUN (Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy) ledet av professorene Jascha Repp, Rupert Huber, Franz Giessibl og Klaus Richter, i samarbeid med Angel Rubios gruppe ved Max Planck-instituttet i Hamburg, demonstrerer at atomskala lysbølgedrevet skanning-tunnelmikroskopi med attosekund-tidsoppløsning kan spore individuelle elektroner som tunnelerer gjennom en barriere – men bare opp til et visst punkt.nature+1

Teamet fant at det å oppnå høyere romlig oppløsning ved avbildning av et elektrons posisjon kommer på bekostning av tidsmessig presisjon, og omvendt. Denne avveiningen representerer det forskerne kaller "romtidsgrensen" – en begrensning som er distinkt fra det velkjente Heisenbergs usikkerhetsprinsipp, som styrer posisjon og bevegelsesmengde. I stedet gjelder den nylig bekreftede grensen for posisjon og tid, og avslører en iboende egenskap ved kvantemekaniske elektronbølgefunksjoner.idw-online+1

Hvordan det ble gjort

Forskerne brukte lysbølgedrevet skanning-tunnelmikroskopi, som benytter enkeltsykluser av terahertz- og midt-infrarødt lys for å undersøke tunnelerende elektroner med sub-angstrøm romlig oppløsning og attosekund-tidsmessig presisjon. Ved eksitasjon ble elektroner observert mens de tunnelerte gjennom mikroskopets overgang, og teamet sporet deres iboende kvantebevegelse i skalaer der romtidsgrensen blir synlig.nature+1

Artikkelen, med tittelen "Tracking electrons at the space-time limit", lister opp forfattere inkludert K. Richter, F. J. Giessibl, F. P. Bonafé, M. A. Huber, A. Rubio, J. Repp og R. Huber.idw-online

Implikasjoner for kvanteteknologier

Funnene har konsekvenser for utviklingen av fremtidige kvanteteknologier. Ved å etablere en målbar grense for hva som kan vite om et elektrons oppførsel i rom og tid, gir arbeidet et rammeverk for å forstå elektrontunnelering-dynamikk på sitt mest fundamentale nivå. Dette kan informere designet av kvanteutstyr som er avhengig av presist kontrollert elektronoppførsel i atomskala.

Kilder (40)