Встановлено рекорд в області вимірювання надкоротких інтервалів часу

У 1999 році Ахмед Зевейл (Ahmed Zewail), вчений-хімік з єгипетськими корінням, став лауреатом Нобелівської премії в галузі хімії за вимірювання швидкості, з якою відбуваються зміни форм молекул при хімічних реакціях. Своїми роботами Ахмед Зевейл заснував ціле новий напрямок в хімії — фемтохімію. У цій області використовуються сверхкороткие спалаху лазерного світла, що дозволяють відстежити процеси формування або розпаду хімічних зв’язків, що відбуваються в фемтосекундного масштабі часу.

І нещодавно, вченим-атомникам з університету Гете (Goethe University) вдалося вивчити процеси, тривалість яких істотно менше однієї фемтосекунди. Вони виміряли час, потрібний фотону для того, щоб перетнути молекулу водню. Мінімальне значення цього часу, яке залежить від орієнтації молекули і довжини водневих хімічних зв’язків, склало 247 зептосекунд (247 * 10 ^ -21 секунди), що є найкоротшим часовим інтервалом, значення якого вдалося виміряти в даний час.

Для вимірювання часу проходження фотона вчені висвітлили молекули водню (H2) рентгенівськими променями, виробленими рентгенівським лазером PETRA III. Потужність рентгенівського випромінювання була встановлена ​​так, що енергії, укладеної в одному фотоні, було досить для вибивання з молекули водню обох електронів. Нагадаємо нашим читачам, що електрони, в силу свого дуалізму, поводяться, як частинки і хвилі одночасно. Тому вибивання першого електрона призвело до виникнення електронної хвилі, що почалася в одному атомі молекули і закінчилася в іншому атомі злиттям цієї хвилі з хвилею, породженої вже вибиванням другого електрона.

Пролітає через молекулу фотон можна було порівняти з плоским камінчиком, що лежить на дні водойми, зображення якого спотворюється брижами на поверхні води. Але в даному випадку в ролі цієї ряби виступали дві електронні хвилі, які накладалися один на одного і створювали своєрідний інтерференційний образ. Цей інтерференційний образ був відображений за допомогою спеціального мікроскопа COLTRIMS, спочатку призначеного для візуалізації та досліджень надшвидких процесів в атомах і молекулах. Отримані параметри інтерференції дозволили вченим обчислити просторову орієнтацію молекули водню. Більш того, той факт, що обидва електрона були вибиті з молекули, дозволив вченим побачити два «оголених» ядра атомів водню в самому кінці процесу.

«Отримавши точне уявлення про орієнтацію молекули водню в просторі, ми, використовуючи інтерференцію двох електронних хвиль, точно вирахували моменти часу, коли фотон досяг першого атома, потім, і другого атома водню» — пишуть дослідники, — «Різниця між цими двома моментами часу склала до 247 зептосекунд в залежності від взаємного розташування атомів відносно траєкторії польоту фотона «.

«Більш того, зараз ми помітили, що електронна оболонка молекули не реагує вся одночасно на втручання з боку фотона. Має місце бути крихітна тимчасова затримка, пов’язана з тим, що інформація поширюється по молекулі з тією ж самою швидкістю світла» — розповідає професор Райнхард Дернер (Reinhard Dorner), — «І в майбутньому ми плануємо використовувати цей ефект для розширення можливостей нашої технології COLTRIMS, що відкриє перед нею абсолютно нові області практичного застосування».