Ученые измерили самую короткую единицу времени: срок, за который легкая частица пересекает молекулу водорода.

 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! 

Множество явлений в физике и химии происходят со впечатляюще быстрой скоростью. Длительность многих таких процессов не удастся засечь при помощи обычных измерительных приборов. Долгое время ученые считали, что фемтосекунда - самая маленькая единица измерения времени в мире, однако новые исследования позволили получить ещё более впечатляющие результаты. 

Почему счет наименьшими единицами измерения времени — научный прорыв? 

Раньше исследователи уже погружались в сферу зептосекунд, самых маленьких единиц измерения времени в мире. 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. 

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

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 и измерили это в зептосекундах. 

Научное объяснение исследования о минимальной единице измерения времени звучит так: Фотон производит электронные волны из электронного облака молекулы водорода, которые интерферируют друг с другом. Сейчас мы постараемся рассказать о работе ученых чуть доступнее. 

Как ученые измерили длительность зептосекундами? 

Чтобы измерить процесс минимальной единицей измерения времени 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. Это было необходимо для дальнейшего измерения в зептосекундах. Микроскоп COLTRIMS регистрировал как интерференционную картину, так и положение молекулы водорода на протяжении всего взаимодействия. 

Научное объяснение исследования о минимальной единице измерения времени звучит так: Фотон производит электронные волны из электронного облака молекулы водорода, которые интерферируют друг с другом. Сейчас мы постараемся рассказать о работе ученых чуть доступнее. 

Как ученые измерили длительность зептосекундами? 

Чтобы измерить процесс минимальной единицей измерения времени 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. Это было необходимо для дальнейшего измерения в зептосекундах. 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 по наименьшая единица измерения времени 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».