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Zeptosecondi. Gli scienziati hanno misurato il periodo di tempo più breve nella storia

Un team di scienziati tedeschi ha misurato il passaggio dei fotoni attraverso la molecola di idrogeno. Questa è la misura più breve di un periodo di tempo fino ad ora ed è espressa in zeptosecondi o trilioni di secondi. I fisici dell'Università Johann Wolfgang Goethe di Francoforte hanno misurato come in collaborazione con gli scienziati del Fritz Haber Institute di Berlino e DESY di Amburgo a lungo ci vuole un fotone per attraversare una particella di idrogeno. Il risultato che hanno ottenuto è 247 zeptosecondi per la lunghezza media del legame della particella. Questo è il periodo di tempo più breve che è stato misurato finora.

I risultati sono pubblicati sulla rivista "Scienza"descritto in dettaglio. (https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.abb9318)

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

Die Zeit

Nel suo lavoro vincitore del Premio Nobel nel 1999, il chimico egiziano Ahmed Zewail ha misurato la velocità con cui le particelle cambiano forma. Usando flash laser ultracorti, ha scoperto che la formazione e la rottura dei legami chimici avviene nel range dei femtosecondi. Un femtosecondo è uguale a un miliardesimo di secondo (0,0000000000000000001 secondo, 10E-15 secondi).

Ma i fisici tedeschi hanno studiato un processo molto più breve del femtosecondo. Hanno misurato quanto tempo impiega un fotone per penetrare in una molecola di idrogeno. Le misurazioni hanno mostrato che il viaggio del fotone richiede 247 zeptosecondi per la lunghezza media di legame delle particelle e uno zeptosecondo equivale a un trilionesimo di secondo (0,00000000000000000000001 secondo, 10E-21).

La prima registrazione di un fenomeno di così breve durata è stata effettuata nel 2016. Fu allora che gli scienziati catturarono l'elettrone rilasciato dai legami dell'atomo di elio originale. Hanno stimato che questo ciclo è durato 850 zeptosecondi. I risultati di queste misurazioni sono apparsi sulla rivista "Nature Physics".

Zeptosecondi



Per misurare questo brevissimo viaggio del fotone attraverso la molecola di idrogeno (H2), il fisico Reinhard Dörner dell'Università Johann Wolfgang Goethe ei suoi colleghi hanno registrato i raggi X presso l'acceleratore PETRA III del DESY (German Electron Synchrotron) ad Amburgo. Gli scienziati hanno regolato l'energia dei raggi X in modo che un singolo fotone espellesse entrambi gli elettroni dalla particella di idrogeno. Il primo fu espulso e fu creata un'onda, alla quale si unì un'onda del secondo elettrone dopo un tempo estremamente breve. Il fotone si è comportato come un sassolino piatto che rimbalza sulla superficie dell'acqua e, in questo caso, salta due volte sulle onde.

Gli scienziati hanno misurato il pattern di interferenza del primo elettrone espulso con lo strumento COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy), una telecamera che mostra i processi ultraveloci negli atomi e nelle particelle. Contemporaneamente all'immagine dell'interferenza, il dispositivo COLTRIMS è stato in grado di determinare la posizione della molecola di idrogeno durante l'interazione.

- Poiché conoscevamo l'orientamento spaziale della molecola di idrogeno, abbiamo utilizzato l'interferenza di due onde elettroniche per calcolare esattamente quando il fotone ha raggiunto il primo e il secondo atomo di idrogeno ", afferma Sven Grundmann dell'Università di Rostock, Germania, coautore dello studio.
Ci sono voluti 247 zeptosecondi perché il fotone passasse tra gli atomi. - Per la prima volta abbiamo osservato che gli elettroni in una molecola non reagiscono sempre alla luce allo stesso tempo. Il ritardo si verifica perché l'informazione nella molecola si propaga solo alla velocità della luce ", spiega Dörner.