[论文解读] The Superluminal Tunneling Story

Horst Aichmann, Günter Nimtz|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2013

Quantum optics and atomic interactions参考文献 16被引用 3

一句话总结

本文提供了微波、红外光和电子量子隧穿中超光速传播的实验与理论证据，展示了在各种系统中隧穿时间接近零。论文认为隧穿时间是普遍存在的、与势垒无关的物理量，挑战了主流物理学界对量子隧穿过程中超光速信号传播的怀疑态度。

ABSTRACT

Since 1992 experimental evidence of superluminal (faster than light, FTL) signals are causing much excitement in the physical community and in the media. Superluminal signal velocity and zero time tunneling was first observed in an analog tunneling experiment with microwaves. Recently, the conjectured zero time of electron was claimed to be observed in ionizing helium. The FTL signal velocity was reproduced with infrared light and with various tunneling barriers in several laboratories worldwide. Remarkable, it was shown that the tunneling time is a universal quantity for elastic and for electromagnetic fields. Many theoretical physicists predicted this FTL nature of the tunneling process. However, even with this background many members of the physics community did not accept the superluminal signal velocity interpretation of the experimental results and they also ignored the universal tunneling time. The predicted and measured zero tunneling time was taken as a fantastic nonsense. A brief explanation of the misleading theoretical approaches against FTL signals due to the tunneling process is presented eventually.

研究动机与目标

• 提供量子隧穿过程中超光速信号传播的实验与理论证据。
• 证明隧穿时间在不同系统（包括电磁场和弹性波）中的普遍性。
• 反驳量子力学中超光速隧穿普遍存在的怀疑与理论异议。
• 澄清现有理论模型中对超光速隧穿解释的误解。
• 确立零时间隧穿是可在多种实验装置中重复测量的物理现象。

提出的方法

• 通过微波的类比隧穿实验测量信号穿越势垒的传输时间。
• 分析时间分辨的隧穿信号测量结果，识别接近零的群延迟。
• 将观测结果扩展至红外光和电离氦原子中的电子隧穿，以验证一致性。
• 将实验结果与隧穿时间普遍性的理论预测进行比较。
• 识别并批判错误地排除超光速隧穿的理论模型。
• 利用多个国际实验室的数据验证该效应的可重复性与普遍性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在量子隧穿过程中实验观测到超光速信号速度？
• RQ2 隧穿时间是否与势垒类型和材料无关，表明其普遍性？
• RQ3 为何许多理论物理学家尽管有实验证据仍拒绝接受超光速隧穿的解释？
• RQ4 声称超光速隧穿违反因果律的理论模型中的关键缺陷是什么？
• RQ5 零时间隧穿能否在微波、光和电子等不同物理系统中一致测量？

主要发现

• 自1992年起，在微波隧穿实验中首次实验观测到超光速信号速度。
• 在包括微波、红外光和电离氦原子电子在内的多个系统中，测得的隧穿时间接近零。
• 隧穿时间被发现具有普遍性——在不同势垒类型和物理系统中保持不变。
• 该现象在世界多个实验室中被重复验证，证实了其可重复性。
• 对超光速隧穿的理论异议被追溯至对因果律和信号传播的错误假设。
• 在氦原子电离过程中的电子隧穿中声称观测到零时间隧穿，支持了该效应的普遍性。