Zeptosekunda: Nový nejkratší naměřený časový údaj

V roce 1999 obdržel Nobelovu cenu egyptský chemik Ahmed Zewail. Zaznamenal rychlost, kterou molekuly mění svůj tvar. Dal tak vzniknout femtochemii, která pomocí ultrakrátkých laserových záblesků pozoruje formování a zanikání chemických vazeb. Proces, který se měří ve femtosekundách. Jedna femtosekunda se rovná 0,000000000000001 sekundy.

Nedávno dosáhl tým profesora Reinharda Dörnera z Goethe University dalšího milníku. Poprvé v historii se mu podařilo změřit procesy kratší než femtosekundy. Objasnil, jak dlouho trvá než se foton dostane přes molekulu vodíku. Podle jeho měření jde o 247 zeptosekund při průměrné délce vazby. Jedná se o nejkratší časový úsek, který kdy byl změřen.

Vědci nejdříve ozářili molekulu vodíku rentgenovým zářením pomocí synchrotronu PETRA III z centra DESY sídlícího v Hamburku. Energie paprsků byla nastavena tak, aby jeden foton byl schopný uvolnit oba elektrony z molekuly vodíku. Vzhledem k tomu, že se foton chová jako částice i jako vlna, ejekci prvního elektronu vyvolá elektronové vlnění v prvním atomu a s rychlou posloupností i ve druhém. Obě vlny se následně spojí. Foton se tak chová jako oblázek, který dvakrát poskočí přes vodu. Ve chvíli, kdy se dno vlny potká s vrcholem, obě vlny se navzájem vyruší, což vede k jevu, který se nazývá interferenční vzor.

Vědci měřili interferenční vzor prvního uvolněného elektronu pomocí COLTRIMS reakčního mikroskopu. Ten dokáže zviditelnit ultrarychlé reakce v atomech. Současně s tím dokázal změřit jakým směrem je molekula vodíku natočena. Při pokusu pak výzkumníci vzali v úvahu, že druhý elektron rovněž opustil molekulu vodíku, zbývající jádro tak odcestovalo pryč a mohlo být zaznamenáno.

"Vzhledem k tomu, že víme orientaci molekuly, můžeme použít interferenci obou elektoronových vln ke spočítání chvíle, kdy foton prvního atomu dosáhne druhého. A to je 247 zeptosekund," vysvětlil Sven Grundmann, jehož doktorská disertace dala základ ke studii publikované v časopise Science.

Zdroj: https://www.goethe-university-frankfurt.de/93203693
Foto: Sven Grundmann, Goethe University Frankfurt