Лазер против молекулы водорода: кто победил в гонке за временем

Можно ли заглянуть в настолько короткий момент времени, что он ускользает даже от самых чувствительных приборов? Оказывается — да. И это удалось сделать физикам из Университета Гёте во Франкфурте.

От фемтосекунд к зептосекундам

В 1999 году египетский химик Ахмед Зевейл получил Нобелевскую премию за открытие фемтохимии — науки, изучающей реакции в пределах фемтосекунд (одной миллионной миллиардной доли секунды). Это казалось предельной скоростью. До недавнего времени.

Сегодня ученые шагнули еще дальше — на порядок ниже. Им удалось зафиксировать движение фотона внутри молекулы водорода, измерив рекордно короткий временной промежуток — 247 зептосекунд. Это 247 триллионных долей миллиардной доли секунды.

Как измерить невообразимо малое

Для этого исследователи использовали рентгеновский лазер. Его энергию настроили так, чтобы один фотон мог выбить из молекулы оба электрона. Так как электроны ведут себя и как частицы, и как волны, выброс одного из них запускает волну, которая захватывает сразу два атома.

Как объясняют ученые, фотон в этой ситуации напоминает камешек, пущенный "жабкой": он касается поверхности дважды — в двух атомах. Волны от этих касаний накладываются друг на друга, создавая интерференционную картину.

"Мы увидели, как один фотон проходит через молекулу и взаимодействует с двумя электронами с крошечной задержкой — 247 зептосекунд. Это как поймать тень молнии", — делятся авторы.

Секрет — в микроскопе

Чтобы "увидеть" столь скоротечное явление, использовали уникальный реакционный микроскоп. Он позволяет зафиксировать интерференционные картины и точно определить ориентацию молекулы в момент эксперимента.

Благодаря этому удалось вычислить, сколько времени нужно фотону, чтобы пересечь молекулу водорода от одного атома к другому.

А что дальше

Авторы уверены: их методика позволит заглянуть в более сложные молекулы и процессы. Это может стать основой для новой эры в исследовании молекулярной физики и химии.

Уточнения

Фото́н (от др.-греч. φῶς, фос — свет) — фундаментальная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света) в виде поперечных электромагнитных волн и переносчик электромагнитного взаимодействия.