關於量子力學研究科學實驗中,單個的電子 光子怎麼來的,又是如何控制的?

時間 2021-06-09 19:36:31

1樓:高堡名人

難道人類的科學在一百年前就可以從原子中分離出單個的電子,並可以控制其運動軌跡?

這有何難?分離電子,可以用天然放射性元素,也可以利用光電效應,還可以用超級大的電壓直接把電子拉到真空中。100年前連電視都發明出來了,原理就是精確快速控制電子軌跡在螢幕上打出光子形成連續影象。

至於現在?

電晶體都已經要小到極限了(圖中小球為電子):

單電子器件,可以控制單個電子的通斷,https://makeagif.com/gif/silicon-single-electron-transfer-and-detection-device-hwPzZu

都開始用電子自旋做量子位元了(小球為電子,箭頭為自旋):

自旋量子位元,https://www.quantuminfo.physik.rwth-aachen.de/go/id/eyea?lidx=1

開始用量子點(人工原子,具有離散能級)做螢幕了:

量子點發光,https://www.nanosysinc.com/quantum-dot-basics

2樓:呵呵呵呼嚕嚕

電子和量子不是乙個概念下的單位。

電子是最早發現的基本粒子,是物質粒子。電子的組成是原子的一部分,一切原子都由乙個帶正電的原子核和圍繞它運動的若干電子組成。

量子是量子力學裡的所說的最小單位,量子全程是能量子,是把能量無限等待成最小單位,就是量子,量子不是物質。量子概念是德國物理學家蒲朗克在2023年提出的,他當時為了研究黑洞輻射問題,假設能量不是延續的,而是和物質一樣是由乙份份基本粒子那樣的基本能量子構成的。

所以量子是看不到的,他是通過粒子來表現的。

如何控制?我們不能直接控制電子,我們只是找到電子的規律,然後加以利用:

平衡電荷。原子核是帶正點的,如果沒有電子的話,原子核之間的靜電斥力,會使氣體、液體、固體都不復存在,變成非常稀薄的「原子核雲霧」,連地球都不可能存在了。

所有的化學鍵,歸根結底是一種電子雲的分布方式,成鍵與斷鍵,本質上是電子分布的改變。沒有了電子,也就沒有化學變化可言,以化學為基礎的生命現象也就無從存在了。

金屬的導電和導熱能力,來自金屬晶體中的自由電子

現代科學技術中大量要依靠電子及其與其他物質以及光的相互作用的原理。比如:電子顯微鏡、X光、光譜分析技術等等……

至於量子科學目前來說,最廣泛的應用是量子通訊和量子計算機。主要是利用了量子糾纏和量子疊加的特性。

1、量子通訊要實現基於糾纏的量子金鑰分發,量子金鑰分發是利用量子力學特性來保證通訊安全性。

2、量子計算機也是有0和1的,不過傳統計算機每位元非0即1,而在量子計算機中,量子位元因為量子疊加的特性,可以以處於即是0又是1的量子疊加態,這使得量子計算機具備傳統計算機無法想象的超級算力。

至於具體,他們都是怎麼裝在硬體上實現的,那就比較複雜了,反正科學家已經掌握了一些方法通過一些物質的裝置製造出量子糾纏現象或者通過量子規律,儲存量子資訊。

客觀來說,我們永遠無法達到控制級別,那簡直是創世級別了。

不過這裡想再引入乙個名詞:光子。

光子的原始稱呼是光量子(light quantum),電磁輻射的量子,傳遞電磁相互作用的規範粒子,記為γ。其靜止質量為零,不帶電荷,其能量為蒲朗克常量和電磁輻射頻率的乘積,E=hv,在真空中以光速c執行,其自旋為1,是玻色子。

光電子的實質是電子,是由於光電效應金屬發出的電子。光是具有波粒二象性的,這也解釋了電子和量子的區別。

一部分文字是查的資料搬運,有不對的地方,可以指正。

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