量子跃迁的持续时间测量一直是物理学界的难题。瑞士洛桑联邦理工学院的研究团队近日取得突破，开发出一种无需外部时钟的新方法，能够精准捕捉这一转瞬即逝的过程。实验表明，材料的原子排列方式对量子跃迁速度起着决定性作用，结构对称性越低，跃迁耗时越长。
量子世界中的事件往往在极短时间内完成。以电子吸收光子改变状态为例，整个过程可能仅持续几十阿秒——这个时间尺度短到连光都无法穿过一个病毒颗粒。尽管2023年诺贝尔物理学奖授予的阿秒光脉冲技术为观测超快过程提供了工具，但传统测量方法需要依赖外部时钟信号，这可能干扰电子的原始行为，导致数据失真。
研究团队采用量子干涉原理构建了新的测量体系。他们运用"自旋角分辨光电子能谱"技术，通过高强度激光激发材料中的电子跃迁至高能态，同时精确记录电子的能量分布、运动方向和自旋状态。这种设计巧妙地利用了量子系统自身的相位信息作为时间标尺，避免了外部时钟的干扰。
实验选取了三种具有不同原子排列的材料进行对比测试。在层状结构的二硒化钛和二碲化钛中，量子跃迁持续时间被锁定在140至175阿秒区间；而链状结构的碲化铜则展现出超过200阿秒的跃迁时长。这种差异直接指向材料的几何构型：原子排列的对称性越低，电子跃迁需要克服的势垒越高，导致过程耗时显著增加。
这项突破为理解量子动力学提供了全新视角。传统理论认为量子跃迁是瞬时完成的，但新实验证实其存在可测量的时间延迟。研究同时开发出一种探测电子相互作用的新手段，通过分析跃迁时间与材料结构的关系，能够深入解析复杂体系中电子的协同行为机制。这些发现为设计新型量子调控材料奠定了实验基础，特别是在需要精确操纵电子态的量子计算和超快光学器件领域具有潜在应用价值。
