Zeptosekunder:Ny verdensrekord i korttidsmåling

I 1999, den egyptiske kemiker Ahmed Zewail modtog Nobelprisen for at måle den hastighed, hvormed molekyler ændrer deres form. Han grundlagde femtokemi ved hjælp af ultrakorte laserblink:dannelsen og opløsningen af ​​kemiske bindinger forekommer inden for femtosekunder.

Nu, atomfysikere ved Goethe -universitetet i professor Reinhard Dörners team har for første gang undersøgt en proces, der er kortere end femtosekunder i størrelsesorden. De målte, hvor lang tid det tager for en foton at krydse et brintmolekyle:ca. 247 zeptosekunder for molekylets gennemsnitlige bindingslængde. Dette er den korteste tidsperiode, der hidtil er blevet målt med succes.

Forskerne udførte tidsmåling på et brintmolekyle (H ₂ ), som de bestrålede med røntgenstråler fra røntgenlaserkilden PETRA III ved Hamburgs acceleratoranlæg DESY. Forskerne indstillede røntgenstrålenes energi, så en foton var tilstrækkelig til at skubbe begge elektroner ud af brintmolekylet.

Elektroner opfører sig som partikler og bølger samtidigt, og derfor resulterede udstødningen af ​​den første elektron i elektronbølger, der blev lanceret først i den ene, og derefter i det andet brintmolekyleatom hurtigt efter hinanden, med bølgerne smelter sammen.

Fotonen opførte sig her meget som en flad rullesten, der skummes to gange over vandet:når et bølgetrug møder et bølgetoppe, bølgerne i den første og anden vandkontakt annullerer hinanden, hvilket resulterer i det, der kaldes et interferensmønster.

Forskerne målte interferensmønsteret for den første udstødte elektron ved hjælp af COLTRIMS reaktionsmikroskop, et apparat, som Dörner var med til at udvikle, og som synliggør ultrahurtige reaktionsprocesser i atomer og molekyler. Samtidig med interferensmønsteret, COLTRIMS reaktionsmikroskop tillod også bestemmelse af brintmolekylets orientering. Forskerne her udnyttede det faktum, at den anden elektron også forlod brintmolekylet, så de resterende brintkerner fløj fra hinanden og blev opdaget.

"Da vi kendte brintmolekylets rumlige orientering, vi brugte interferensen mellem de to elektronbølger til præcist at beregne, hvornår foton nåede det første, og hvornår det nåede det andet hydrogenatom, "forklarer Sven Grundmann, hvis doktorafhandling danner grundlag for den videnskabelige artikel i Science." Og dette er op til 247 zeptosekunder, afhængigt af hvor langt fra hinanden i molekylet de to atomer var fra lysets perspektiv. "

Professor Reinhard Dörner tilføjer:"Vi observerede for første gang, at elektronskallen i et molekyle ikke reagerer på lys overalt på samme tid. Tidsforsinkelsen opstår, fordi information i molekylet kun spredes ved lysets hastighed. Med dette fund vi har udvidet vores COLTRIMS -teknologi til en anden applikation. "