Самая короткая единица времени: фантастическое открытие

Раньше исследователи уже погружались в сферу зептосекунд; в 2016 году ученые использовали лазеры для измерения времени с шагом до 850 зептосекунд. Эта точность — огромный скачок по сравнению с работой, получившей Нобелевскую премию 1999 года, в которой время впервые измерялось в фемтосекундах, составляющих миллионные доли миллиардных долей секунды.

Итак, самое короткое в мире явление длится 247 зептосекунд. Зептосекунда — это одна триллионная миллиардной секунды или десятичная точка, за которой следуют 20 нулей и единица!

Для разрыва и образования химических связей требуются фемтосекунды, но для прохождения света через единственную молекулу водорода (H2) требуются лишь зептосекунды.

Чтобы измерить это чрезвычайно короткое «путешествие», физик Рейнхард Дёрнер из Университета Гете в Германии и его коллеги сняли рентгеновские лучи из PETRA III на Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), ускорителе частиц в Гамбурге.

Ученые установили энергию рентгеновских лучей так, чтобы один фотон (частица света) выбил два электрона из молекулы водорода. Напомним, что молекула водорода состоит из двух протонов и двух электронов. В результате фотон оттолкнул от молекулы сначала один, а затем и другой электрон, как камешек, прыгающий по глади пруда.

Эти взаимодействия создали волновое изображение, называемое интерференционной картиной, которую Дёрнер и его коллеги смогли измерить с помощью инструмента, называемого COLTRIMS. По сути, он 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, то использовали интерференцию двух электронных волн, чтобы точно рассчитать, когда фотон достиг первого и второго атома водорода», — рассказал Свен Грундманн, соавтор исследования из Университета Росток в Германии.

В результате физики получили двести сорок семь зептосекунд, с некоторым пространством для маневра, зависящим от расстояния между атомами водорода внутри молекулы в точный момент, когда фотон пролетел мимо. Измерение, по существу, фиксирует скорость света внутри молекулы.

«Мы впервые увидели, что электронная оболочка в молекуле не реагирует на свет», — сказано в заявлении Дёрнера. «Задержка по времени происходит потому, что информация внутри молекулы распространяется как раз со скоростью света».