A menor unidade de tempo: conheça os Zeptosegundos

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Os cientistas mediram a menor unidade de tempo de todos os tempos: o tempo que uma partícula de luz leva para cruzar uma molécula de hidrogênio.

Esse tempo, para registro, é de 247 zeptosegundos. Um zeptosegundo é um trilionésimo de bilionésimo de segundo, ou um ponto decimal seguido por 20 zeros e um 1.

Anteriormente, os pesquisadores mergulharam no reino dos zeptosegundos; em 2016, pesquisadores relataram na revista Nature Physics usaram lasers para medir o tempo em incrementos de até 850 zeptosegundos.

Essa precisão é um grande salto em relação ao trabalho vencedor do Prêmio Nobel de 1999, que mediu o tempo pela primeira vez em femtossegundos, que são milionésimos de bilionésimos de segundos.

Leva femtossegundos para que as ligações químicas se quebrem e se formem, mas leva zeptossegundos para a luz viajar através de uma única molécula de hidrogênio (H2).

Para medir essa viagem muito curta, o físico Dr. Reinhard Dörner, da Goethe University, na Alemanha, e seus colegas tiraram raios X do PETRA III no Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), um acelerador de partículas em Hamburgo.

Os pesquisadores ajustaram a energia dos raios X de modo que um único fóton, ou partícula de luz, expulsasse os dois elétrons da molécula de hidrogênio. (Uma molécula de hidrogênio consiste em dois prótons e dois elétrons.) O fóton saltou um elétron para fora da molécula e depois o outro, um pouco como uma pedra que salta sobre o topo de um lago.

Essas interações criaram um padrão de onda denominado padrão de interferência, que Dörner e seus colegas puderam medir com uma ferramenta denominada microscópio de reação por Espectroscopia de Momento de Íons de Recuo de Alvo Frio (COLTRIMS). Esta ferramenta é essencialmente um detector de partículas muito sensível que pode registrar reações atômicas e moleculares extremamente rápidas.

O microscópio COLTRIMS registrou o padrão de interferência e a posição da molécula de hidrogênio durante a interação.

“Como conhecíamos a orientação espacial da molécula de hidrogênio, usamos a interferência das ondas de dois elétrons para calcular com precisão quando o fóton atingiu o primeiro e quando atingiu o segundo átomo de hidrogênio”, disse Dr. Sven Grundmann, co-autor do estudo na Universidade de Rostock na Alemanha, em um comunicado.

Duzentos e quarenta e sete zeptosegundos, com algum espaço de manobra dependendo da distância entre os átomos de hidrogênio dentro da molécula no momento preciso em que o fóton passou. A medição é essencialmente capturar a velocidade da luz dentro da molécula.

“Observamos pela primeira vez que a camada de elétrons em uma molécula não reage à luz em todos os lugares ao mesmo tempo”, disse Dörner no comunicado. “O atraso ocorre porque a informação dentro da molécula só se espalha na velocidade da luz.”

Os resultados foram detalhados em 16 de outubro na revista Science.

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