(Sven Grundmann, Goethe University Frankfurt) Wissenschaftler haben die kürzeste Zeiteinheit aller Zeiten gemessen: die Zeit, die ein Lichtteilchen braucht, um eine zu durchqueren Wasserstoff Molekül.
Diese Zeit beträgt, um es festzuhalten, 247 Zeptosekunden. Eine Zeptosekunde ist ein Billionstel einer Milliardstel Sekunde oder ein Dezimalpunkt, gefolgt von 20 Nullen und einer 1.
Zuvor waren Forscher in das Reich der Zeptosekunden eingetaucht; Im Jahr 2016 berichten Forscher in der Zeitschrift Naturphysik verwendeten Laser, um die Zeit in Schritten von bis zu 850 Zeptosekunden zu messen.
Diese Genauigkeit ist ein großer Fortschritt gegenüber der mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Arbeit von 1999, bei der erstmals die Zeit in Femtosekunden gemessen wurde, also Millionstel Milliardstel Sekunden.
Es dauert Femtosekunden, bis chemische Bindungen aufbrechen und sich bilden, aber es dauert Zeptosekunden, bis Licht durch ein einzelnes Wasserstoffmolekül (H2) wandert.
Um diese sehr kurze Reise zu messen, haben der Physiker Reinhard Dörner von der Goethe-Universität in Deutschland und seine Kollegen Aufnahmen gemacht Röntgenstrahlen from the PETRA III at Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), a particle accelerator in Hamburg.
Die Forscher stellten die Energie der Röntgenstrahlung so ein, dass ein einzelnes Photon bzw. Lichtteilchen die beiden Elektronen aus dem Wasserstoffmolekül herausschlug. (Ein Wasserstoffmolekül besteht aus zwei Protonen und zwei Elektronen.) Das Photon schleuderte ein Elektron aus dem Molekül und dann das andere, ein bisschen wie ein Kieselstein, der über die Oberfläche eines Teiches hüpft.
Diese Wechselwirkungen erzeugten ein Wellenmuster namens Interferenzmuster, das Dörner und seine Kollegen mit einem Werkzeug namens COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy)-Reaktionsmikroskop messen konnten. Bei diesem Werkzeug handelt es sich im Wesentlichen um einen sehr empfindlichen Teilchendetektor, der extrem schnelle atomare und molekulare Reaktionen aufzeichnen kann.
Das COLTRIMS-Mikroskop zeichnete während der Wechselwirkung sowohl das Interferenzmuster als auch die Position des Wasserstoffmoleküls auf.
„Da wir die räumliche Ausrichtung des wussten Wasserstoffmolekül „Wir haben die Interferenz der beiden Elektronenwellen genutzt, um genau zu berechnen, wann das Photon das erste und wann es das zweite Wasserstoffatom erreicht hat“, sagt Sven Grundmann, Co-Autor der Studie an der Universität Rostock in Deutschland. sagte in einer Erklärung .
Diese Zeit? Zweihundertsiebenundvierzig Zeptosekunden, mit etwas Spielraum, abhängig vom Abstand zwischen den Wasserstoffatomen innerhalb des Moleküls genau in dem Moment, in dem das Photon vorbeiflog. Bei der Messung wird im Wesentlichen die Lichtgeschwindigkeit innerhalb des Moleküls erfasst.
(Sven Grundmann/Goethe University Frankfurt)
BILD: Ein Lichtteilchen, Photon genannt (gelber Pfeil), erzeugt Elektronenwellen aus einer Elektronenwolke (grau) eines Wasserstoffmoleküls (rot: Kern). Das Ergebnis dieser Wechselwirkungen ist ein sogenanntes Interferenzmuster (violett-weiß). Das Interferenzmuster ist leicht nach rechts verschoben, sodass Forscher die Zeit berechnen können, die das Photon benötigt, um von einem Atom zum nächsten zu gelangen.
„Wir haben zum ersten Mal beobachtet, dass die Elektronenhülle in einem Molekül nicht überall gleichzeitig auf Licht reagiert“, sagte Dörner in der Erklärung. „Die Zeitverzögerung entsteht, weil sich Informationen innerhalb des Moleküls nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.“
Die Ergebnisse wurden am 16. Oktober im Journal veröffentlicht Wissenschaft .
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