247 zeptosekund: Nejkratší naměřený časový úsek v historii  
Němečtí fyzici vzali molekulu vodíku a vypálili na ní rentgenový foton z laserového zdroje PETRA III v DESY. Z pozorované interference mezi fotonem a elektrony této molekuly důmyslně odvodili dobu, za kterou proletí foton od jednoho atomu ke druhému. Je z toho světový rekord ve změření nejkratšího času.
Jak měřit v zeptosekundách? Kredit: Sven Grundmann / Goethe University Frankfurt.
Jak měřit v zeptosekundách? Kredit: Sven Grundmann / Goethe University Frankfurt.

Egyptský chemik Ahmed Zewail dostal v roce 1999 Nobelovu cenu za změření rychlosti změny tvaru molekul. Založil úplně nový obor femtochemie, která pracuje s ultrakrátkými laserovými paprsky. S jejich pomocí je možné měřit femtosekundové časy potřebné k vytvoření anebo rozbití chemické vazby.

 

Teď se píše rok 2020 a tým fyziků, který vedl Reinhard Dörner z německé Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt se pustil mnohem hlouběji pod femtosekundy. Ve své průlomové studii změřili dobu, kterou potřebuje foton, aby proletěl vzdálenost odpovídající molekule vodíku. Trvá to až 247 zeptosekund, tj. 247 triliardtin (10-21) sekundy. Jde o nejkratší čas, co jsme kdy spolehlivě naměřili.

 

Reinhard Dörner. Kredit: / Goethe University Frankfurt.
Reinhard Dörner. Kredit: / Goethe University Frankfurt.

Jak takový experiment vypadal? Použili k tomu molekuly vodíku H2, které ozařovali rentgenovými paprsky z rentgenového laserového zdroje PETRA III v německém výzkumném zařízení DESY v Hamburku. Nastavili přitom energii rentgenové záření tak, aby jeden rentgenový foton „vykopl“ z molekuly vodíky oba dva elektrony, které molekula za normálních okolností obsahuje.

 

Goethe-Universität Frankfurt, logo.
Goethe-Universität Frankfurt, logo.

Elektrony se chovají jako částice i jako vlny. A foton se v tomto případě chová jako placák hozený na hladinu. Výsledkem je specifická interference, kterou je možné analyzovat. Dörnerův tým k tomu použil speciální zařízení (COLTRIMS reaction microscope), které dovede vizualizovat ultrarychlé procesy v atomech a molekulách. COLTRIMS také určí, jak je dotyčná molekula vodíku orientovaná.

 

Když badatelé znali orientaci studované molekuly vodíku, tak mohli z uspořádání interference vyvolané rentgenovým fotonem přesně odvodit, kdy foton „nakopl“ první elektron molekuly a kdy druhý elektron. Výsledkem je, že to trvá až 247 zeptosekund, podle orientace molekuly vůči přilétajícímu fotonu. Dörner k tomu dodává, že vlastně jako první pozorovali, jak elektronová obálka nereaguje na světelný paprsek celá v jediný okamžik. Nepatrná časová prodleva je způsobena tím, že se informace po molekule nemůže šířit rychleji než rychlostí světla.

 

Video: Reinhard Dörner - 2019 Schawlow-Townes Symposium

 

Literatura

Goethe-Universität Frankfurt 16. 10. 2020.

Science 370: 339 –341.

Datum: 18.10.2020
Tisk článku

2012 - Apokalypsa v přímém přenosu - Maria Mašek Jiří
 
 
cena původní: 399 Kč
cena: 395 Kč
2012 - Apokalypsa v přímém přenosu
Maria Mašek Jiří
Související články:

Jak zachytit zběsilé elektrony v křemíku?     Autor: Stanislav Mihulka (14.12.2014)
Pozorování vzniku chemické vazby v přímém přenosu     Autor: Stanislav Mihulka (14.02.2015)
Attosekundový katapult elektronů     Autor: Stanislav Mihulka (15.08.2015)



Diskuze:

David Dobeš1,2020-10-20 22:42:36

"pozorovali, jak elektronová obálka nereaguje na světelný paprsek celá v jediný okamžik. Nepatrná časová prodleva je způsobena tím, že se informace po molekule nemůže šířit rychleji než rychlostí světla." Dokázat jakkoliv reálně odpozorovat šíření čehokoliv (informace/energie) v molekule vodíku mi přijde fantastické.

Odpovědět

Já jsem asi natvrdlý

Jaromil Jarecký,2020-10-19 15:33:18

pro PetrPetr, VladimírBzdušek
ale v tom článku je přeci přesně popsáno JAK to udělali.......

Odpovědět


Re: Já jsem asi natvrdlý

Vladimír Bzdušek,2020-10-19 20:24:34

Ale veď všetko je OK, ja ten experiment ako taký nespochybňujem,
zistili, že existuje časový rozdiel v interakcii tých komponentov
tým spôsobom v článku popísaných.
Len dve poznámky:
1. Ide to zistiť aj výpočtom z rozmerov molekuly vodíka
2. citujem z posledného odstavca - "znali orientaci studované molekuly vodíku"
"mohli ... odvodit".
Tak teda odvodili (vypočítali z geometrie systému), alebo merali čas?
A ak merali čas, čo tam tikalo ako časový (nie rozmerový!) normál?

Odpovědět

změřili?

Petr Petr,2020-10-19 08:19:09

Zase vědecká propaganda (publish or perish).
Změřili to interferometricky (tj. průměrně/statisticky a nikoli "na stopkách")
https://www.researchgate.net/publication/344684390_Zeptosecond_birth_time_delay_in_molecular_photoionization
Při rychlosti šíření světla to odpovídá 74 pikometrům (kovalentní poloměr molekuly vodíku je 32 pm). V interferometrii ovšem pokud znám třeba vlnovou délku laseru na miliontinu, tak znám délku vlny na lépe než pikometr a odpovídající čas letu světla na zeptosekundy...

Odpovědět


Re: změřili?

Pavel Hranický,2020-10-20 00:58:40

V článku zmiňují, že hlavní přínos je v tom, že byli vůbec poprvé schopni rozlišit excitaci dvou elektronů sdílejících jednu kovalentní vazbu. Tedy prodlevu než informace o přijmutí excitační energie doputovala od jednoho elektronu ve sdíleném orbitalu ke druhému. A když pak počítali, jaké časové rozlišení tím vlastně získali, tak jim vyšlo těch 247 zeptosekund. Vědecký přínos je jednoznačný. Získáme ještě detailnější a přesnější vhled do fungování chemických vazeb a v téhle chvíli těžko odhadnout kolika různých aplikací se díky tomu dočkáme.

Odpovědět

Universum

Alois Všeználek,2020-10-19 06:22:52

Pokud to změřili tak to ovlivnili, vesmír zkolaboval do měřícího přístroje. Další důkaz jak si člověk vyrábí vlastní vesmír. Důsledek předchází příčinu, vesmír je takový jaký je, protože v něm žijeme. Dejte si pozor co si přejete, protože se to určitě realizuje. Zajímavé jak vesmír spolupracuje, realita a podstata zůstává skryta za oponou jako universum připraveno spolupracovat se všemi existencemi ve vesmíru, dokonalé.

Odpovědět


Re: Universum

Jaromil Jarecký,2020-10-19 15:36:45

Ale vždy´t přeci ano - zkolaboval podle fyzikálních principů, které tvoří tento vesmír a jednu z vlastností vesmíru tito vědci popsali. Není to nádhera?
V čem je problém? :-)
Mimochodem - ke kolapsu je třeba reálné energie, která je zacílená přesně. Když si přejete, skutečně přejete, mimoděk děláte vše proto aby se přání uskutečnilo. Zase v tom je jasno - to přeci ví každé malé dítě toto....

Odpovědět


Re: Re: Universum

Alois Všeználek,2020-10-19 16:30:06

Zkolaboval podle principů, kterými si člověk popsal a definoval svůj vesmír.
Jakou to vlastnost vesmíru popsali?
To pozorování, měření je dodaná energie, ne?
Jestli to dobře chápu tak skutečnost dokážeme popsat je matematicky, ne?

Odpovědět

A porovnanie s výpočtom?

Vladimír Bzdušek,2020-10-18 23:17:54

Rozmery molekuly vodíka sú známe, rýchlosť fotónov tiež, ako to teda vyjde výpočtom?

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace