Ученые измерили самый короткий отрезок времени в истории: зептосекунду

Ученые измерили самую короткую единицу времени: время, за которое легкая частица пересекает молекулу водорода.

Это время, для записи, составляет 247 зептосекунд. Зептосекунда — это одна триллионная миллиардной секунды или десятичная точка, за которой следуют 20 нулей и единица.

Раньше исследователи погружались в сферу зептосекунд; в 2016 году в журнале Nature Physics использовали лазеры для измерения времени с шагом до 850 зептосекунд.

Эта точность — огромный скачок по сравнению с работой, получившей Нобелевскую премию 1999 года, в которой время впервые измерялось в фемтосекундах, которые составляют миллионные доли миллиардных долей секунды.

Для разрыва и образования химических связей требуются фемтосекунды, но для прохождения света через единственную молекулу водорода (H2) требуются зептосекунды.

Чтобы зафиксировать это очень короткое путешествие, физик Рейнхард Дёрнер из Университета Гете в Германии и его коллеги применили рентгеновские лучи на ускорителе частиц в Гамбурге.

Исследователи установили энергию рентгеновских лучей так, чтобы один фотон или частица света выбили два электрона из молекулы водорода. (Молекула водорода состоит из двух протонов и двух электронов.) Фотон оттолкнул один электрон от молекулы, а затем другой, как камешек, скользящий по поверхности озера.

Эти взаимодействия создали волновую картину, называемую интерференционной, которую Дёрнер и его коллеги могли измерить с помощью инструмента, называемого реакционным микроскопом для реакционной спектроскопии иона импульса отдачи с холодной мишенью. Этот инструмент по сути является очень чувствительным детектором частиц, который может регистрировать чрезвычайно быстрые атомные и молекулярные реакции.

Микроскоп регистрировал как интерференционную картину, так и положение молекулы водорода на протяжении всего взаимодействия.

«Поскольку мы знали пространственную ориентацию молекулы водорода, мы использовали интерференцию двух электронных волн, чтобы точно рассчитать, когда фотон достиг первого и второго атома водорода», — говорит Свен Грундманн, соавтор исследования в Университете Росток в Германии.

Время? Двести сорок семь зептосекунд, с некоторым пространством для маневра, зависящим от расстояния между атомами водорода внутри молекулы в точный момент, когда фотон пролетел мимо. Измерение по существу фиксирует скорость света внутри молекулы.

«Мы впервые заметили, что электронная оболочка в молекуле не реагирует на свет одновременно и повсюду», — говорится в заявлении Дёрнера. «Задержка по времени происходит из-за того, что информация внутри молекулы распространяется только со скоростью света».

Результаты были подробно описаны 16 октября в журнале Science.

Статья опубликована Live Science.

Источники: Фото: Sven Grundmann, Goethe University Frankfurt