四川
探索宇宙奧秘 · 理性思考
時間是什么？
這個問題困擾了哲學家和物理學家數千年。
量子力學的出現，并沒有讓這個問題變得簡單。
在微觀世界里，時間變得更加撲朔迷離。
瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的物理學家最近有了新發現。
他們找到了一種測量量子事件時間的方法。
結果令人意外：量子時間的流逝，竟然取決于材料的對稱性。
這項研究發表在2026年2月的期刊《Newton》上。
量子世界的速度超乎想象。
像電子隧穿，或者電子吸收光子改變狀態。
這些事件往往發生在阿秒級別。
一阿秒是10的負18次方秒。
在這個瞬間，光甚至來不及穿過一個病毒的寬度。
測量這么短的時間，難度極大。
因為任何外部的“計時器”，都會干擾我們要觀察的對象。
2023年的諾貝爾物理學獎，展示了阿秒脈沖技術的潛力。
但這仍然屬于“外部時鐘”。
EPFL的Hugo Dil教授指出，外部時間尺度可能會引入偽影。
為了解決這個問題，研究團隊另辟蹊徑。
他們利用量子干涉方法，基于相位積累與時間的聯系。
這種方法不需要外部時鐘，避免了干擾。
研究團隊開發了一種全新的測量邏輯。
他們把電子的自旋當成了內部時鐘。
當電子吸收光子并從材料中逸出時，它們會攜帶信息。
這些信息就編碼在自旋的變化中。
自旋的變化方式，取決于底層量子過程的展開方式。
光激發電子時，電子可以同時走多條量子路徑。
這些路徑會相互干涉。
干涉會以特定模式表現在發射電子的自旋上。
通過研究自旋模式隨電子能量的變化，團隊算出了躍遷持續時間。
這項技術被稱為自旋和角分辨光電子能譜（SARPES）。
SARPES利用強大的同步輻射光照射材料。
光將材料中的電子推到高能級，迫使它們逸出。
研究人員隨后測量逸出電子的能量、方向和自旋。
有了SARPES這把“尺子”，研究人員開始測試不同材料。
他們選擇了具有不同原子級“形狀”的材料。
普通的銅是完全三維的。
二硒化鈦和二碲化鈦由弱連接的層組成，像扁平的薄片。
碲化銅具有更簡單的鏈狀結構。
這些結構差異，非常適合測試幾何形狀對時間的影響。
結果呈現出清晰的規律。
材料的結構越簡單、維度越低，量子躍遷持續的時間就越長。
在三維的銅中，躍遷極快，持續約26阿秒。
在兩種層狀材料中，過程明顯變慢，達到140至175阿秒。
而在鏈狀結構的碲化銅中，躍遷時間超過了200阿秒。
這意味著，原子尺度的“形狀”強烈影響量子事件的速度。
低對稱性結構會導致更長的躍遷時間。
這項研究不僅具有理論意義，也為材料科學提供了新工具。
它告訴我們，想要控制量子態，必須考慮材料的對稱性。
中國在相關領域的研究正處于快速上升期。
阿秒科學和超快光譜學，是中國物理學的重點發展方向之一。
中國科學院上海光學精密機械研究所等機構，在阿秒激光產生領域處于國際先進水平。
這為時間分辨實驗提供了強大的光源基礎。
在實驗手段上，中國的大科學裝置建設令人矚目。
正在建設的高能同步輻射光源（HEPS），將是世界上最亮的第四代同步輻射光源之一。
這類裝置非常適合進行SARPES等高精尖實驗。
此外，中國在量子材料的研究上投入巨大。
對于拓撲材料、二維材料等具有特殊對稱性的體系，中國科研團隊有著深厚的積累。
EPFL的這項發現，將為中國科學家設計新型量子器件提供理論指導。
通過調控材料的對稱性，我們可以精確調節量子過程的時間參數。
這對于未來的量子計算和量子通信至關重要。
我們不僅要看到“量子時間”，更要學會駕馭它。
Fei Guo, et al. Dependency of quantum time scales on symmetry, Newton (2026). DOI: 10.1016/j.newton.2025.100374.
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