دانشمندان رکورد دیگری در اندازه‌گیری کوتاه‌ترین زمان ثبت کردند

یک تریلیونیوم یک میلیاردیوم ثانیه طول زمانی است که دانشمندان موفق شدند به عنوان کوتاه‌ترین زمان ثبت شده تا کنون اندازه‌گیری کنند و برابر با زمان گذر یک ذره‌ی نور (فوتون) از میان مولکول هیدروژن (H2) است.

زمان اندازه‌گیری شده در این آزمایش ۲۴۷ زپتوثانیه است. یک زپتوثانیه (Zeptosecond) یک تریلیونیوم یک میلیاردیوم (۱۰ به توان ۲۱-) یک ثانیه است. برای درک کوچکی این عدد پس از اعشار ۲۰ صفر و یک ۱ قرار دهید.

پیش از این هم پژوهشگران در سال ۲۰۱۶ توانسته بودند به قلمرو زپتوثانیه دست پیدا کنند. آنان در مقاله‌ی منتشر شده در نشریه‌ی نیچر فیزیک اعلام کرده بودند که از لیزر برای اندازه‌گیری زمانی به کوتاهی ۸۵۰ زپتوثانیه استفاده کرده‌اند. این دقت یک جهش بزرگ از زمان پژوهش برنده‌ی جایزه‌ی نوبل ۱۹۹۹ محسوب می‌شود که برای نخستین بار زمان را در یکای فمتوثانیه (یک میلیونیوم یک میلیاردیوم ثانیه یا ۱۰ به توان ۱۵- ثانیه) اندازه‌گیری می‌کرد.

شکستن و تشکیل پیوندهای شیمیایی چند فمتوثانیه طول می‌کشد اما عبور نور از میان مولکول تنها چند زپتوثانیه زمان می‌برد. برای اندازه‌گیری این زمان کوتاه «رینهارد دورنر» (Reinhard Dörner) از دانشگاه گوته آلمان و همکارانش، پرتو ایکس را از PETRA III در سنکروترون الکترون آلمان (DESY) که یک شتاب‌دهنده‌ی ذرات در هامبورگ است، به مولکول هیدروژن شلیک کردند.

نتایج این پژوهش که تازه ۱۶ اکتبر (۲۵ مهر) در نشریه‌ی Science منتشر شده است، نشان می‌دهد پژوهشگران انرژی پرتوهای ایکس را طوری تنظیم کردند که تنها یک فوتون (ذره‌ی نور) بتواند دو الکترون را از مولکول هیدروژن که دو الکترون و دو پروتون دارد، خارج کند. درنتیجه فوتون به ترتیب یک الکترون و سپس دیگری را از مولکول بیرون راند.

این فعل و انفعالات یک الگوی موجی به نام الگوی تداخل ایجاد کرد که دورنر و همکارانش توانستند آن را با ابزاری به نام میکروسکوپ واکنشی COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) اندازه‌گیری کنند. این ابزار یک آشکارساز بسیار حساس برای ذرات است که می‌تواند واکنش‌های اتمی و مولکولی بسیار سریع را ثبت نماید.

میکروسکوپ COLTRIMS هر دو الگوی تداخل و موقعیت مولکول هیدروژن را در طول این برهم‌کنش ثبت کرد. «سون گراندمن» (Sven Grundmann) نویسنده‌ی همکار این پژوهش از دانشگاه روستوک آلمان گفت: «از آنجا که جهت‌گیری فضایی مولکول هیدروژن را می‌دانستیم، از تداخل دو موج الکترون برای محاسبه‌ی دقیق زمان رسیدن فوتون به نخستین و دومین اتم هیدروژن استفاده کردیم.»

این زمان ۲۴۷ زپتوثانیه است که با اندکی انحراف که به فاصله‌ی اتم‌ها درون مولکول هیدروژن دقیقاً در لحظه‌ی عبور نور از میان آن بستگی دارد. این اندازه‌گیری زمان، در حقیقت ثبت سرعت نور درون مولکول است.

دورنر در بیانیه گفت: «با اندازه‌گیری این زمان بسیار کوتاه، ما برای نخستین بار مشاهده کردیم که پوسته‌ی الکترونی در یک مولکول در همه جا همزمان به نور واکنش نشان نمی‌دهد بلکه تاخیر زمانی ایجاد می‌شود که وابسته به سرعت نور است، زیرا اطلاعات درون مولکول با سرعت نور منتشر می‌شود.»

عکس کاور: یک ذره‌ی نور (فوتون) که با فلش زرد مشخص شده، امواج الکترونی را در خارج از ابر الکترونی (با رنگ خاکستری) یک مولکول هیدروژن (هسته‌ها با رنگ قرمز مشخص است) تولید می‌کند. نتیجه‌ی این برهم‌کنش‌ها همان چیزی است که الگوی تداخل (بنفش-سفید) نامیده می‌شود. الگوی تداخل در این طرح گرافیکی اندکی به سمت راست متمایل است و به پژوهشگران امکان می‌دهد زمان رسیدن فوتون از یک اتم به اتم دیگر را محاسبه کنند.

Credit: Sven Grundmann/Goethe University Frankfurt

منبع: ScienceAlert

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *