Ученые провели ультракороткие измерения на ускорителе PETRA III в DESY в Гамбурге, Германия.
Физики в Германии измерили самый короткий промежуток времени из когда-либо зарегистрированных. Команда измерила время, необходимое фотону света, чтобы пройти длину молекулы водорода, и обнаружила, что это происходит всего за триллионные доли миллиардной секунды.
Микроскопический мир содержит множество загадок не только потому, что все настолько крошечно, но и потому, что все происходит невероятно быстро. В таких масштабах одна секунда может показаться вечностью — химические связи образуются и разрываются всего лишь в фемтосекундах, составляющих квадриллионные доли секунды. За последние несколько десятилетий мы смогли использовать фемтосекундные лазерные импульсы для измерения этих ультракоротких событий.
Но новое измерение увеличивает масштаб намного дальше, делая фемтосекунду в сравнении с ней медленной. Исследователи обнаружили, что фотон пересекает молекулу водорода примерно за 247 зептосекунд.
Для справки: зептосекунда в 1000 раз короче фемтосекунды или одной секстиллионной секунды. Это 0,0000000000000000000001 секунда. В одной секунде содержится столько же зептосекунд, сколько секунд в 31,7 триллиона лет, что в 2365 раз больше, чем когда-либо существовала Вселенная. Невозможно переоценить, насколько коротка зептосекунда.
Это новаторское измерение было сделано исследователями Франкфуртского университета Гете, ускорителя DESY и Института Фрица-Габера. На самом деле это не первое измерение, выполненное в зептосекундном масштабе — эта честь принадлежит команде в 2016 году, которая обнаружила, что после удара фотона в атом гелия требуется 850 зептосекунд, чтобы выбросить электрон. Это означает, что новое измерение примерно в 3,4 раза короче предыдущего рекорда.
Художественная иллюстрация того, как производился замер. Фотон (желтый) приближается к молекуле водорода (ядро каждого атома красного цвета) и выбивает электроны (серый цвет). Их волновые узоры интерферируют друг с другом (фиолетовые / белые узоры), которые наклонены вправо. Затем команда может использовать это, чтобы рассчитать, сколько времени потребовалось фотону, чтобы пересечь молекулу.
Новый эксперимент был похожим. Команда облучила молекулу водорода (H2) рентгеновскими лучами на определенном энергетическом уровне, что заставило оба электрона вылететь из молекулы. Измерив интерференционные картины двух электронов, исследователи смогли точно вычислить, сколько времени потребовалось фотону, чтобы достичь первого атома водорода, а затем второго в молекуле. Ответ, оказывается, составляет до 247 зептосекунд.
«Мы впервые заметили, что электронная оболочка в молекуле не реагирует на свет одновременно и повсюду», — говорит Рейнхард Дёрнер, ведущий автор исследования. «Задержка по времени происходит из-за того, что информация внутри молекулы распространяется только со скоростью света».
Исследование было опубликовано в журнале Science.
Источник:
