En la carrera mundial para medir períodos de tiempo cada vez más cortos, los físicos de la Universidad Goethe de Frankfurt ahora han tomado la iniciativa: junto con colegas en la instalación de aceleración DESY en Hamburgo y el Instituto Fritz-Haber en Berlín, han medido un proceso quese encuentra dentro del reino de los zeptosegundos por primera vez: la propagación de la luz dentro de una molécula. Un zeptosegundo es una billonésima de mil millonésima de segundo 10 -21 segundos.
En 1999, el químico egipcio Ahmed Zewail recibió el Premio Nobel por medir la velocidad a la que las moléculas cambian de forma. Fundó la femtoquímica utilizando destellos láser ultracortos: la formación y ruptura de enlaces químicos se produce en el ámbito de los femtosegundos. Un femtosegundo equivale a0.000000000000001 segundos, o 10 -15 segundos
Ahora, los físicos atómicos de la Universidad Goethe del equipo del profesor Reinhard Dörner han estudiado por primera vez un proceso que es más corto que femtosegundos en magnitudes. Midieron cuánto tarda un fotón en cruzar una molécula de hidrógeno: aproximadamente 247 zeptosegundos para el promediolongitud de enlace de la molécula. Este es el período de tiempo más corto que se ha medido con éxito hasta la fecha.
Los científicos llevaron a cabo la medición del tiempo en una molécula de hidrógeno H 2 que irradiaron con rayos X de la fuente de láser de rayos X PETRA III en la instalación de aceleración DESY de Hamburgo.Los investigadores fijaron la energía de los rayos X de modo que un fotón fuera suficiente para expulsar ambos electrones de la molécula de hidrógeno.
Los electrones se comportan como partículas y ondas simultáneamente y, por lo tanto, la expulsión del primer electrón dio como resultado ondas de electrones lanzadas primero en el átomo de una molécula de hidrógeno y luego en el segundo en rápida sucesión, fusionándose las ondas.
El fotón se comportó aquí como un guijarro plano que se desliza dos veces por el agua: cuando un canal de onda se encuentra con una cresta de onda, las ondas del primer y segundo contacto con el agua se cancelan entre sí, lo que da como resultado lo que se llama un patrón de interferencia.
Los científicos midieron el patrón de interferencia del primer electrón expulsado usando el microscopio de reacción COLTRIMS, un aparato que Dörner ayudó a desarrollar y que hace visibles los procesos de reacción ultrarrápidos en átomos y moléculas. Simultáneamente con el patrón de interferencia, el microscopio de reacciones COLTRIMS también permitió que eldeterminación de la orientación de la molécula de hidrógeno. Los investigadores aprovecharon el hecho de que el segundo electrón también abandonó la molécula de hidrógeno, de modo que los núcleos de hidrógeno restantes se separaron y fueron detectados.
"Como conocíamos la orientación espacial de la molécula de hidrógeno, usamos la interferencia de las dos ondas de electrones para calcular con precisión cuándo el fotón alcanzó el primero y cuándo alcanzó el segundo átomo de hidrógeno", explica Sven Grundmann, cuya tesis doctoral forma elbase del artículo científico en Science. "Y esto es hasta 247 zeptosegundos, dependiendo de qué tan alejados en la molécula estaban los dos átomos desde la perspectiva de la luz".
El profesor Reinhard Dörner agrega: "Observamos por primera vez que la capa de electrones de una molécula no reacciona a la luz en todas partes al mismo tiempo. El retraso de tiempo se produce porque la información dentro de la molécula solo se propaga a la velocidad de la luz.este hallazgo hemos extendido nuestra tecnología COLTRIMS a otra aplicación. "
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Materiales proporcionado por Universidad Goethe de Frankfurt . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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