Fysiker observerar kvant-rumtidsgräns för första gången

Fysiker har för första gången observerat en fundamental kvantgräns för hur exakt positionen och tidsutvecklingen för en enskild elektron kan mätas samtidigt, enligt en studie publicerad i Nature Photonics den 3 juli 2026.uni-regensburg+1

En ny kvantbegränsning

Forskningen, utförd av ett team vid Regensburgs universitets RUN (Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy) under ledning av professorerna Jascha Repp, Rupert Huber, Franz Giessibl och Klaus Richter, i samarbete med Angel Rubios grupp vid Max Planck-institutet i Hamburg, visar att ljusvågsdriven sveptunnelmikroskopi i atomskala med attosekund-tidsupplösning kan spåra enskilda elektroner som tunnlar genom en barriär – men bara upp till en viss punkt.nature+1

Teamet fann att det att uppnå högre rumslig upplösning vid avbildning av en elektrons position sker på bekostnad av tidsmässig precision, och vice versa. Denna avvägning representerar vad forskarna kallar "rumtidsgränsen" – en begränsning som är distinkt från den välkända Heisenbergs osäkerhetsprincip, som styr position och rörelsemängd. Istället gäller den nyligen bekräftade gränsen för position och tid, och avslöjar en inneboende egenskap hos kvantmekaniska elektronvågfunktioner.idw-online+1

Hur det gjordes

Forskarna använde ljusvågsdriven sveptunnelmikroskopi, som använder enskilda cykler av terahertz- och mellaninfrarött ljus för att undersöka tunnlande elektroner med sub-ångström rumslig upplösning och attosekund-tidsmässig precision. Vid excitation observerades elektroner som tunnlar genom mikroskopets övergång, och teamet spårade deras inneboende kvantrörelse i skalor där rumtidsgränsen blir synlig.nature+1

Artikeln, med titeln "Tracking electrons at the space-time limit", listar författare inklusive K. Richter, F. J. Giessibl, F. P. Bonafé, M. A. Huber, A. Rubio, J. Repp och R. Huber.idw-online

Implikationer för kvantteknologier

Resultaten har konsekvenser för utvecklingen av framtida kvantteknologier. Genom att etablera en mätbar gräns för vad som kan vetas om en elektrons beteende i rum och tid, ger arbetet ett ramverk för att förstå elektrontunnlingsdynamik på sin mest fundamentala nivå. Detta kan informera designen av kvantenheter som förlitar sig på exakt kontrollerat elektronbeteende i atomskala.