IF 48.5 ！量子粒子的能量-速度关系对玻米亚力学构成挑战

文章来源：北科纳米专业的纳米材料合成专家浏览次数：2时间：2025-12-31 设计合成：18101240246

本文精选

经典力学将粒子的动能（即它因运动而保持的能量）描述为始终为正。相比之下，量子力学使用波函数来描述粒子的运动，其中可能会出现负局部动能区域。当波函数的振幅经历明显的衰减时，就会出现这种现象，这通常与量子隧穿有关。在这里，我们研究了粒子在两个耦合波导系统中的量子力学运动，其中波导之间的种群转移充当时钟，可以确定沿波导轴的粒子速度。通过将该方案应用于反射势步的指数衰减量子态，我们确定了具有负局部动能的粒子的能量-速度关系。我们发现，粒子的能量越小（换句话说，局部动能的负值越大），在势台阶内测得的速度就越高。我们的发现有助于正在进行的隧道时间辩论，可以被视为对量子力学中波米亚轨迹的测试。关于后者，我们发现测得的能量-速度关系与玻米亚力学中指导方程假设的粒子动力学不一致。

创新点

1.实验方案创新：首次设计并实现了基于耦合波导系统的"量子时钟"机制，通过波导间粒子数转移精确测量量子态在势垒内的运动速度，为研究量子隧穿动力学提供了新型实验平台。

2.现象发现创新：在指数衰减波函数区域中观测到反直觉的物理现象——粒子能量越低（局部动能负值越大），其在势阶内的运动速度反而越高，这直接挑战了经典力学中动能必须为正的基本假设。

3.理论验证创新：通过精确测量能量-速度关系，发现了与玻姆力学中引导方程预测不一致的实验证据，为量子力学基础理论的检验提供了新的判据和讨论方向。

对科研工作的启发

1.方法论启发：本研究展示了如何通过精妙的实验设计将难以直接观测的量子力学量（如局部动能）转化为可测量的物理量，为研究其他量子奇异性质提供了可借鉴的方法论框架。

2.平台拓展启发：耦合波导系统作为高度可控的量子模拟平台，可进一步应用于研究凝聚态物理中的拓扑边界态、量子输运等现象，为复杂量子系统的研究提供新途径。

3.理论发展启发：实验结果对量子隧穿时间这一长期争议问题提供了新的实验数据，激励理论物理学家发展更完善的量子动力学理论，特别是需要更好地解释负动能区域的物理含义。

原文链接

Energy–speed relationship of quantum particles challenges Bohmian mechanics

Nature ( IF 48.5 )

Pub Date : 2025-07-02

DOI: 10.1038/s41586-025-09099-4

Violetta Sharoglazova, Marius Puplauskis, Charlie Mattschas, Chris Toebes, Jan Klaers

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