Care e cea mai mică unitate de timp și cât măsoară, de fapt?

Oamenii de știință au măsurat cea mai scurtă unitate de timp: timpul în care o particulă de lumină traversează o moleculă de hidrogen.

Timpul respectiv, pentru înregistrare, este de 247 zeptosecunde. O zeptosecundă este o trilionime de miliardimi de secundă sau un punct zecimal urmat de 20 de zerouri și 1.

Anterior, cercetătorii se scufundaseră în tărâmul zeptosecundelor. În 2016, cercetătorii au folosit lasere pentru a măsura timpul în trepte de până la 850 de zeptosecunde.

Această acuratețe este un salt uriaș față de lucrarea câștigătoare a Premiului Nobel din 1999, care a măsurat prima dată timpul în femtosecunde, care sunt milionimi de miliardimi de secunde.

Este nevoie de femtosecunde pentru ca legăturile chimice să se rupă și să se formeze, dar este nevoie de zeptosecunde pentru ca lumina să călătorească într-o singură moleculă de hidrogen (H2).

Cum se măsoară zeptosecundele?

Pentru a măsura această călătorie foarte scurtă, fizicianul Reinhard Dörner de la Universitatea Goethe din Germania și colegii săi au folosit raze X de la PETRA III la Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), un accelerator de particule din Hamburg.

Cercetătorii au setat energia razelor X astfel încât un singur foton sau o particulă de lumină să scoată cei doi electroni din molecula de hidrogen – O moleculă de hidrogen este formată din doi protoni și doi electroni.

Fotonul a sărit dintr-un electron din moleculă în celălalt în 247 zeptosecunde.

Aceste interacțiuni au creat un tipar de undă numit model de interferență, pe care Dörner și colegii săi l-ar putea măsura cu un instrument numit microscop de reacție cu spectru de ionizare la rece la țintă rece (COLTRIMS).

Acest instrument este în esență un detector de particule foarte sensibil, care poate înregistra reacții atomice și moleculare extrem de rapide.

Microscopul COLTRIMS a înregistrat atât modelul de interferență, cât și poziția moleculei de hidrogen pe tot parcursul interacțiunii.

“Din moment ce cunoșteam orientarea spațială a moleculei de hidrogen, am folosit interferența celor două unde de electroni pentru a calcula cu exactitate când fotonul a ajuns la primul și când a ajuns la al doilea atom de hidrogen”, a declarat Sven Grundmann, coautor al studiului la Universitatea din Rostock din Germania.

Cât a durat? Două sute patruzeci și șapte de zeptosecunde, cu un anumit spațiu de eroare în funcție de distanța dintre atomii de hidrogen din moleculă. Măsurarea captează în esență viteza luminii în moleculă.

“Am observat pentru prima dată că învelișul de electroni dintr-o moleculă nu reacționează la lumină peste tot în același timp”, a spus Dörner în declarație. “Întârzierea are loc deoarece informațiile din moleculă se răspândesc doar cu viteza luminii”.