Ученые измерили самую короткую единицу времени: время, необходимое частице света, чтобы пересечь молекулу водорода.
Это время, в течение записи, составляет 247 зептосекунд. Зептосекунда - это одна триллионная миллиардов секунды, или десятичная точка, за которой следуют 20 нулей и 1. Раньше исследователи погружались в сферу зептосекунд; в 2016 году исследователи отрапортовали в журнале Nature Physics, что использовали лазеры для измерения времени с шагом до 850 зептосекунд. Эта точность - огромный шаг вперед по сравнению с работой, получившей Нобелевскую премию 1999 г., в которой время впервые измерялось в фемтосекундах, которые составляют одну миллионную миллиардов секунды.
Для разрыва и образования химических связей требуются фемтосекунды, но для прохождения света через единственную молекулу водорода (H2) требуются зептосекунды. Чтобы измерить это очень короткое путешествие, физик Рейнхард Дёрнер из Университета Гете в Германии и его коллеги засняли рентгеновские лучи из кольца PETRA III на самом большом в Германии исследовательском центре по физике частиц, ускорителе частиц «Немецкий Электронный Синхротрон» (Deutsches Elektronen-Synchrotron, DESY).
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, немного похоже как камешки, прыгающие через поверхность пруда. Эти взаимодействия создали волновую картину, называемую интерференционной картиной, которую Дёрнер и его коллеги могли измерить с помощью инструмента, называемого реакционным микроскопом (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy, COLTRIMS). Этот инструмент по сути является очень чувствительным детектором частиц, который может регистрировать чрезвычайно быстрые атомные и молекулярные реакции. Микроскоп COLTRIMS 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 Ростокском университете в Германии, говорится в заявлении.
Какое это время? Двести сорок семь зептосекунд, с некоторым пространством для маневра, зависящим от расстояния между атомами водорода внутри молекулы в точный момент, когда фотон пролетел. 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 потому, что информация внутри молекулы распространяется только со скоростью света».
Примечание редактора Live Science: эта статья была обновлена, чтобы исправить значение зептосекунды. Это десятичная точка, за которой следуют 20 нулей и 1, а не 21 ноль.
На фото: Фотон (желтый, идущий слева) производит электронные волны из электронного облака (серый цвет) молекулы водорода (красный: ядро), которые интерферируют друг с другом (интерференционная картина: фиолетово-белый). Картина интерференции слегка смещена вправо, что позволяет рассчитать, сколько времени требуется фотону, чтобы пройти от одного атома к другому.
Результаты были подробно опубликованы 16 октября в журнале Science.
Источник: Live Science / Goethe University Frankfurt am Main
