随机量子化中的双势阱隧穿效应:以氨分子反转为例

随机量子化方法——由Nelson于1966年提出——将量子行为描述为一种保守扩散过程:粒子进行类布朗运动,其涨落幅度由普朗克常数决定。尽管该方法完全复现了传统量子力学体系,但它提供了全新框架,可用于研究标准量子理论中难以定义的动力学量。本工作运用随机量子化方法研究了双势阱中束缚态的隧穿时间统计特性。通过结合首次通过时间理论,研究人员计算了平均隧穿时间τ¯及其完整概率分布p(τ),并通过对典型双势阱案例的随机轨迹进行大量数值模拟验证了理论预测。针对方势阱双势阱系统,推导出的τ¯解析表达式与模拟结果高度吻合。在高势垒极限下,结果表明随机力学与量子力学的隧穿时间存在τQM=(π/2)τ¯的直接关联(其中τQM对应粒子在任意势阱中出现概率的半个振荡周期),这一关系通过WKB分析在通用双势阱体系中得到进一步验证。作为具体应用,该工作分析了氨分子的反转动力学,计算获得的24GHz反转频率与实验观测高度一致。这些成果彰显了随机量子化方法在分析量子系统隧穿现象方面兼具理论威力与物理洞察力的独特优势。
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提交arXiv: 2025-12-18 04:40

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