Физики зафиксировали самое краткое событие в истории науки

Учёные установили ещё один важный рекорд и получили новые знания о мире.

Учёные установили ещё один важный рекорд и получили новые знания о мире.
Фото DESY/Heiner Muller-Elsner.

Физики измерили время, которое требуется фотону, чтобы пересечь молекулу.

Физики измерили время, которое требуется фотону, чтобы пересечь молекулу.
Иллюстрация Sven Grundmann, Goethe University Frankfurt.

Учёные установили ещё один важный рекорд и получили новые знания о мире.
Физики измерили время, которое требуется фотону, чтобы пересечь молекулу.

Учёные экспериментально измерили продолжительность самого краткого события в истории науки. Речь идёт о прохождении рентгеновского фотона через молекулу водорода, которое продолжалось всего 247 зептосекунд. Во Вселенной есть и более скоротечные процессы, но это самый быстрый, длительность которого когда-либо определялась в эксперименте.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science.

Одна зептосекунда – это 10-21 (то есть одна миллиардная от одной триллионной доли) секунды. Всего 247 зептосекунд понадобилось кванту (фотону) рентгеновского излучения, чтобы пересечь молекулу водорода. Рентгеновское излучение было выбрано из-за особенностей эксперимента, о которых мы расскажем ниже.

Немудрено, что фотон преодолел эту дистанцию так быстро. Молекула водорода даже меньше молекулы воды, а ведь в стакане больше молекул воды, чем стаканов воды в Мировом океане. Между тем рентгеновские лучи, как и свет, движутся с максимально возможной по законам физики скоростью – 300 тысяч километров в секунду.

Удивляет то, что физики сумели измерить такой ничтожный промежуток времени.

Физики измерили время, которое требуется фотону, чтобы пересечь молекулу.

Напомним, что в молекуле водорода H2 два электрона. Учёные подобрали энергию кванта так, чтобы он выбивал из молекулы оба электрона (именно поэтому понадобилось рентгеновское излучение, кванты которого имеют достаточно высокую энергию). Сначала молекулу покинул один электрон, потом другой. Между этими событиями прошло 247 зептосекунд, которые понадобились фотону, чтобы добраться от одного электрона до другого.

Разумеется, ни по какому секундомеру засечь такой промежуток времени невозможно. Однако исследователи воспользовались тем, что электрон, как и любая элементарная частица, имеет свойства волны. Они зафиксировали интерференцию (наложение друг на друга) волн обоих выбитых из молекулы электронов. По картине интерференции физики восстановили время, которое прошло между "выходами" двух электронов из молекулы.

Новый рекорд в несколько раз превышает предыдущий, установленный в 2016 году. Тогда исследователи измерили время, которое требуется фотону, чтобы выбить электрон из атома гелия (850 зептосекунд).

Разумеется, учёные – не спортсмены. Их интересуют не рекорды сами по себе, а тонкие детали процессов, происходящих в молекуле. А уж это знание может помочь в создании новых материалов, лекарств и инновационной электроники.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали об аттосекундном лазере, позволившем заглянуть в самые глубины атома. Также мы писали о самой быстрой в мире камере. Сообщали мы и о самом редком событии, когда-либо наблюдавшемся наукой.