量子力学：原子状水素のアト秒角度ストリーキングとトンネリング時間
Nature 568, 7750 doi: 10.1038/s41586-019-1028-3
ポテンシャル障壁を通る粒子のトンネリングは、波動と粒子の二重性の核心に迫る量子力学の重要な特徴である。この現象は、古典物理学には対応するものがなく、「トンネリング時間」の決定に使用できる可能性がある明確に構成された動的オブザーバブルは存在しない。その結果生じた、トンネルリング量子粒子がポテンシャル障壁下で有限の測定可能な時間を費やすかどうかという議論は、超高速レーザーとアト秒計測学の進展に伴い、近年再燃した。特に重要なのは、強電界イオン化において電子が放出される時間を数アト秒の精度で測定できるアト秒角度ストリーキング（「アト時計」）法である。初期の測定では、トンネリングが瞬間的に起こるという一般的な見解が確かめられたが、その後の多電子原子を含む研究（正確なモデルを作ることができないため、イオン化ダイナミクスの解釈が複雑になる）では、有限のトンネリング時間を示す証拠が主張された。対照的に、水素原子は単純で、正確な実験測定と計算が可能なため、便利な基準になる。今回我々は、原子状水素に対するアト時計実験と運動量空間撮像実験について報告し、これらの結果を、三次元時間依存シュレーディンガー方程式と今回のレーザーパルスの実験パラメーターに基づく正確なシミュレーションと比較する。測定データとシミュレーションデータが極めてよく一致することが見いだされ、トンネリングが瞬時であることに説得力のある論拠を提示した、原子状水素のアト時計法に関する以前の理論研究の結論が裏付けられた。さらに、以前の実験で、電子が放出された方向とピーク電場の方向の間に測定された角度は、有限のトンネリング時間によって生じたとされたが、我々は、その原因がクーロンポテンシャルのみであることを明らかにする。我々は、トンネリングの遅延に対して1.8アト秒の上限を課しており、これは最近の理論研究の結果と一致するとともに、一般的に使われている「トンネリング時間」全てを「ポテンシャル障壁下で電子が費やす時間」とする解釈を除外している。
