Descoperire: Câte zeptosecunde îi trebuie luminii pentru a străbate o moleculă de hidrogen

Cercetătorii au măsurat cel mai mic interval de timp cunoscut – cel de care are nevoie o particulă de lumină pentru a străbate o moleculă de hidrogen, arată un studiu publicat în ultimul număr al revistei Science, scrie portalul Space.com.

Descoperire importantă a oamenilor de știință

Intervalul necesar luminii pentru a străbate o moleculă de hidrogen este de 247 de zeptosecunde. O zeptosecundă reprezintă o trilionime dintr-o miliardime de secundă – adică un 0 urmat de virgulă după care sunt 20 de zerouri şi un 1.

În 2016, conform unui studiu publicat de revista Nature Physics, cercetătorii au folosit lasere pentru a măsura timpul în subdiviziuni de până la 850 de zeptosecunde. Această reuşită reprezintă un salt uriaş faţă de cercetarea răsplătită în 1999 cu Premiul Nobel pentru Fizică care stabilea o altă subdiviziune infimă a secundei : femtosecunda, ce reprezintă o milionime dintr-o miliardime de secundă, potrivit Agerpres.

De exemplu, legăturile chimice dintre atomi se formează sau se rup într-un interval de timp de ordinul femtosecundelor, în timp ce intervalul de timp în care un foton străbate o singură moleculă de hidrogen (H2) poate fi exprimat în zeptosecunde.

Pentru măsurarea acestui interval de timp extrem de scurt, fizicianul Reinhard Dörner de la Universitatea Goethe din Germania şi colegii săi apelat la acceleratorul de particule Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) din Hamburg.

Cercetătorii au setat nivelul de energie al fasciculelor de raze X în aşa fel încât un singur foton, sau particulă de lumină, să desprindă cei doi electroni ai moleculei de hidrogen (o moleculă de hidrogen are doi protoni şi doi electroni). Fotonul loveşte şi desprinde un electron din moleculă şi apoi pe celălalt, într-o succesiune rapidă. Aceste interacţiuni au creat un model de interferenţă pe care Dörner şi colegii săi l-au evaluat cu ajutorul unui microscop spectroscopic denumit Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy (COLTRIMS). Acest instrument este în mod esenţial un foarte sensibil detector de particule care poate înregistra reacţii atomice şi moleculare foarte rapide. Microscopul COLTRIMS a înregistrat atât modelul de interferenţă cât şi poziţia moleculei de hidrogen în cursul interacţiunii cu fotonul.

„Ştiam astfel orientarea spaţială a moleculei de hidrogen şi am folosit interferenţa celor doi electroni-undă pentru a calcula cu precizie momentul în care fotonul a ajuns la primul electron şi apoi la cel de-al doilea din cadrul moleculei de hidrogen”, a detaliat Sven Grundmann, de la Universitatea din Rostock, co-autor al acestui studiu.

Viteza măsurată a fost de 247 zeptosecunde, iar această măsurătoare a reuşit practic să indice care este viteza luminii în interiorul unei molecule.

„Am observat pentru prima oară că electronii dintr-o moleculă nu reacţionează la lumină simultan, oriunde s-ar afla. Întârzierile care apar se produc pentru că informaţia circulă în moleculă cu viteza luminii (nefiind diseminată instantaneu), spune Dörner.