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Zeptosegundos. Los científicos han medido la menor cantidad de tiempo en la historia

Un equipo de científicos alemanes midió el paso de fotones a través de la molécula de hidrógeno. Esta es la medida más corta de un período de tiempo hasta ahora y se expresa en zeptosegundos o billones de segundos. Los físicos de la Universidad Johann Wolfgang Goethe en Frankfurt han medido cómo en colaboración con científicos del Instituto Fritz Haber en Berlín y DESY en Hamburgo durante mucho tiempo. se necesita un fotón para atravesar una partícula de hidrógeno. El resultado que obtuvieron es 247 zeptosegundos para la longitud de enlace promedio de la partícula. Este es el lapso de tiempo más corto que se ha medido hasta ahora.

Los resultados se publican en la revista "Science"descrito en detalle. (https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.abb9318)

Fuente de la imagen: "https://aktuelles.uni-frankfurt.de/englisch/physics-zeptoseconds-new-world-record-in-short-time-measurement/"

Die Zeit

En su trabajo ganador del Premio Nobel de 1999, el químico egipcio Ahmed Zewail midió la velocidad a la que las partículas cambian de forma. Usando destellos láser ultracortos, descubrió que la formación y ruptura de enlaces químicos tiene lugar en el rango de femtosegundos. Un femtosegundo es igual a una mil millonésima parte de un segundo (0,0000000000000000001 segundo, 10E-15 segundos).

Pero los físicos alemanes han investigado un proceso que es mucho más corto que el femtosegundo. Midieron cuánto tarda un fotón en penetrar una molécula de hidrógeno. Las mediciones mostraron que el viaje de los fotones toma 247 zeptosegundos para la longitud promedio de unión de partículas, y un zeptosegundo equivale a una billonésima de segundo (0,00000000000000000000001 segundo, 10E-21).

La primera grabación de un fenómeno de tan corta duración se realizó en 2016. Fue entonces cuando los científicos capturaron el electrón liberado de los enlaces del átomo de helio original. Estimaron que este bucle duró 850 zeptosegundos. Los resultados de estas mediciones aparecieron en la revista "Nature Physics".

Zeptosegundos



Para medir este viaje de fotones extremadamente corto a través de la molécula de hidrógeno (H2), el físico Reinhard Dörner de la Universidad Johann Wolfgang Goethe y sus colegas registraron rayos X en el acelerador PETRA III en DESY (Sincrotrón de electrones alemán) en Hamburgo. Los científicos ajustaron la energía de los rayos X para que un solo fotón eliminara ambos electrones de la partícula de hidrógeno. El primero fue expulsado y se creó una onda, a la que se unió una onda del segundo electrón después de un tiempo extremadamente corto. El fotón se comportó como un guijarro plano que rebotó en la superficie del agua y, en este caso, rebotó dos veces en las olas.

Los científicos midieron el patrón de interferencia del primer electrón expulsado con la herramienta COLTRIMS (Espectroscopía de movimiento de iones de retroceso de objetivo frío), una cámara que muestra procesos ultrarrápidos en átomos y partículas. Al mismo tiempo que la imagen de interferencia, el dispositivo COLTRIMS pudo determinar la posición de la molécula de hidrógeno durante la interacción.

- Como conocíamos la orientación espacial de la molécula de hidrógeno, usamos la interferencia de dos ondas de electrones para calcular exactamente cuándo el fotón alcanzó el primer y segundo átomo de hidrógeno ", dice Sven Grundmann de la Universidad de Rostock, Alemania, coautor del estudio.
El fotón tardó 247 zeptosegundos en pasar entre los átomos. - Por primera vez hemos observado que los electrones de una molécula no siempre reaccionan a la luz al mismo tiempo. El retraso se produce porque la información en la molécula solo se propaga a la velocidad de la luz ", explica Dörner.