يقيس العلماء أقصر مدة زمنية على الإطلاق: Zeptoseconds

(سفين جروندمان ، جامعة جوته في فرانكفورت)

قام العلماء بقياس أقصر وحدة زمنية على الإطلاق: الوقت الذي يستغرقه الجسيم الخفيف لعبور a هيدروجين مركب.

ذلك الوقت ، للتسجيل ، هو 247 زيبتو ثانية. zeptosecond هو جزء من تريليون من المليار من الثانية ، أو فاصلة عشرية متبوعة بـ 20 صفرًا و 1.

في السابق ، كان الباحثون قد غطسوا في عالم zeptoseconds. في عام 2016 ، كتب الباحثون في المجلة فيزياء الطبيعة تستخدم أشعة الليزر لقياس الوقت بزيادات تصل إلى 850 زيبتو ثانية.

هذه الدقة هي قفزة هائلة من العمل الحائز على جائزة نوبل عام 1999 والذي قام بقياس الوقت لأول مرة بالفيمتوثانية ، وهي جزء من المليون من المليار من الثواني.

يستغرق كسر الروابط الكيميائية وتشكيلها فيمتوثانية ، ولكن يستغرق الضوء جزء من الثواني لينتقل عبر جزيء هيدروجين واحد (H2).

لقياس هذه الرحلة القصيرة جدًا ، قام الفيزيائي راينهارد دورنر وزملاؤه من جامعة جوته في ألمانيا بالتصوير الأشعة السينية من PETRA III في German Electron Synchrotron (DESY) ، وهو معجل جسيمات في هامبورغ.

وضع الباحثون طاقة الأشعة السينية بحيث يقوم فوتون واحد ، أو جسيم من الضوء ، بإخراج الإلكترونين من جزيء الهيدروجين. (يتكون جزيء الهيدروجين من بروتونين وإلكترونين). ارتد الفوتون إلكترونًا واحدًا من الجزيء ، ثم ارتد الآخر ، مثل حصاة تتخطى قمة البركة.

خلقت هذه التفاعلات نمط موجة يسمى نمط التداخل ، والذي يمكن لدورنر وزملاؤه قياسه باستخدام أداة تسمى مجهر تفاعل الزخم الطيفي للهدف البارد (COLTRIMS). هذه الأداة هي في الأساس كاشف جسيمات حساس للغاية يمكنه تسجيل تفاعلات ذرية وجزيئية سريعة للغاية.

سجل مجهر COLTRIMS كلاً من نمط التداخل وموضع جزيء الهيدروجين خلال التفاعل.

منذ أن عرفنا التوجه المكاني لـ جزيء الهيدروجين ، استخدمنا تداخل موجتي الإلكترون لحساب بدقة متى وصل الفوتون إلى الموجة الأولى وعندما وصل إلى ذرة الهيدروجين الثانية ، 'سفين جروندمان ، مؤلف مشارك في دراسة بجامعة روستوك في ألمانيا ، قال في بيان .

هذا الوقت؟ مائتان وسبعة وأربعون زيبتو ثانية ، مع بعض المساحة المخصصة للمناورة اعتمادًا على المسافة بين ذرات الهيدروجين داخل الجزيء في اللحظة المحددة للفوتون المجنح. القياس هو في الأساس التقاط سرعة الضوء داخل الجزيء.

(سفين جروندمان / جامعة جوته في فرانكفورت)

الصورة: جسيم من الضوء ، يسمى الفوتون (السهم الأصفر) ، ينتج موجات إلكترونية من سحابة إلكترونية (رمادية) لجزيء الهيدروجين (أحمر: نواة). نتيجة هذه التفاعلات هي ما يسمى بنمط التداخل (أبيض بنفسجي). ينحرف نمط التداخل قليلاً إلى اليمين ، مما يسمح للباحثين بحساب وقت انتقال الفوتون من ذرة إلى أخرى.

قال دورنر في البيان: 'لاحظنا لأول مرة أن غلاف الإلكترون في الجزيء لا يتفاعل مع الضوء في كل مكان في نفس الوقت'. يحدث التأخير الزمني لأن المعلومات داخل الجزيء تنتشر بسرعة الضوء فقط.

تم تفصيل النتائج في 16 أكتوبر في المجلة علوم .

تم نشر هذه المقالة في الأصل بواسطة العلوم الحية . اقرأ المقال الأصلي هنا .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.