Немецкие ученые измерили самую короткую единицу времени
Исследователи из Германии измерили самую короткую единицу времени: время, за которое легкая частица пересекает молекулу водорода. Это время составляет 247 зептосекунд
Такая точность — огромный шаг вперед по сравнению с работой, получившей Нобелевскую премию 1999 года, в которой время впервые измерялось в фемтосекундах, которые составляют миллионные доли миллиардных долей секунды, отмечают ученые. Для разрыва и образования химических связей требуются фемтосекунды, но для прохождения света через единственную молекулу водорода (H2) требуются зептосекунды. Зептосекунда — это одна триллионная миллиардной секунды, в численной записи она выглядит как 20 нулей и единица после десятичной точки.
Раньше исследователи уже измеряли временные периоды в зептосекундах: в 2016 году ученые использовали лазеры для измерения времени с шагом до 850 зептосекунд. Физик Рейнхард Дернер из Университета Гете в Германии и его коллеги сняли рентгеновские лучи из PETRA III на Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), ускорителе частиц в Гамбурге. Исследователи установили энергию рентгеновских лучей так, чтобы один фотон или частица света выбили два электрона из молекулы водорода.
Эти взаимодействия создали волновую картину, которая называется интерференционной картиной. Дернер и его коллеги смогли измерить ее с помощью реакционного микроскопа для реакционной спектроскопии иона импульса отдачи с холодной мишенью (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 Университете Росток в Германии.
Это время составляет примерно 247 зептосекунд, с некоторым пространством для маневра, которое зависит от расстояния между атомами водорода внутри молекулы в тот 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. Задержка по времени происходит потому, что информация внутри молекулы распространяется только со скоростью света», — говорится в заявлении Дернера.