在一种被称为隧道效应的令人惊奇的量子物理学现象中，粒子的移动速度似乎比光速还要快。然而，达姆施塔特的物理学家认为，粒子隧道所需时间的测量是错误的。他们提出了一种阻止量子粒子速度的新方法。

在经典物理学中，存在着无法规避的硬性规则。例如，如果一个滚动的球没有足够的能量，它就不会越过一座小山，而是会在到达山顶之前掉头并反转方向。

在量子物理学中，这个原理并不那么严格：粒子可以穿过障碍，即使它没有足够的能量来越过它。它的表现就好像它正在穿过隧道一样，这就是为什么这种现象也被称为“量子隧道效应”。听起来很神奇的东西实际上有实际的技术应用，例如在闪存驱动器中。

过去，粒子穿隧速度超过光速的实验引起了一些关注。毕竟，爱因斯坦的相对论禁止超光速。因此，问题是在这些实验中隧道效应所需的时间是否正确“停止”。达姆施塔特工业大学的物理学家 Patrik Schach 和 Enno Giese 采用一种新方法来定义隧道粒子的“时间”。

他们现在提出了一种新的测量时间的方法。在他们的实验中，他们以一种他们认为更适合隧道效应量子性质的方式来测量它。他们在《科学进展》上发表了他们的实验设计。

根据量子物理学，原子或轻粒子等小粒子具有双重性质。根据实验的不同，它们的行为就像粒子或波一样。

量子隧道效应凸显了粒子的波动性。一个“波包”滚向屏障，类似于水流的汹涌。波的高度表示如果测量了粒子的位置，粒子在该位置出现的概率。

如果波包遇到能量势垒，则部分波包会被反射。然而，一小部分穿透了障碍物，并且该粒子有很小的概率出现在障碍物的另一侧。

先前的实验观察到，光粒子在隧道效应后比自由路径传播的距离更长。因此它的传播速度比光还快。然而，研究人员必须确定粒子通过后的位置。他们选择了波包的最高点。

“但是粒子并不遵循经典意义上的路径，”恩诺·吉斯反对道。不可能准确说出粒子在​​特定时间的位置。这使得很难描述从 A 到 B 所需的时间。

另一方面，沙赫和吉斯则以阿尔伯特·爱因斯坦的名言为指导：“时间就是你从钟表上读到的时间。”他们建议使用隧道粒子本身作为时钟。第二个不发生隧道效应的粒子用作参考。通过比较这两个自然时钟，可以确定在量子隧道传输过程中时间流逝得更慢、更快还是同样快。

粒子的波动性质有利于这种方法。波的振荡类似于时钟的振荡。具体来说，沙赫和吉斯建议使用原子作为时钟。原子的能级以一定的频率振荡。用激光脉冲寻址原子后，其能级最初同步振荡——原子钟启动。

然而，在隧道挖掘过程中，节奏会略有变化。第二个激光脉冲使原子的两个内波发生干涉。检测干扰可以测量两个能级波的距离，从而精确测量经过的时间。

第二个原子不发生隧道效应，用作测量隧道效应和非隧道效应之间的时间差的参考。两位物理学家的计算表明，隧道粒子的时间会略有延迟。 “隧道中的时钟比另一个稍旧，”沙赫说。这似乎与将超光速归因于隧道效应的实验相矛盾。

沙赫说，原则上，该测试可以用当今的技术进行，但这对实验人员来说是一个重大挑战。这是因为要测量的时间差只有10 -26秒左右，这是一个极短的时间。这位物理学家解释说，它有助于使用原子云而不是单个原子作为时钟。还可以放大效果，例如通过人为地增加时钟频率。

“我们目前正在与实验同事讨论这个想法，并与我们的项目合作伙伴保持联系，”吉斯补充道。一个团队很可能很快就会决定进行这项令人兴奋的实验。