científicos miden el lapso de tiempo más corto jamás registrado
Se trata del tiempo que le toma a una partícula de luz el viajar a través de una molécula de hidrógeno. Ese tiempo, para que conste en actas, ha sido de 247 zeptosegundos —siendo un zeptosegundo la miltrillonésima parte de un segundo, o un punto decimal seguido de 20 ceros y un uno (10-21 s)—.
Una partícula de luz (fotón, flecha amarilla) produce ondas fuera de una nube de electrones (gris) de una molécula de hidrógeno (rojo, núcleo). El resultado de estas interacciones es lo que se llama patrón de interferencia (violeta-blanco).
Previamente, los investigadores han profundizado en el reino de los zeptosegundos; en 2016, se reportó en Nature Physics la utilización de láseres para medir el tiempo en incrementos de hasta 850 zeptosegundos. Esta precisión representó un gran salto desde que un trabajo de 1999 ganador del premio Nobel midió por primera vez en femtosegundos (la unidad de tiempo que equivale a la milbillonésima parte de un segundo).
Toma femtosegundos para que se formen enlaces químicos y se rompan, pero toma zeptosegundos a la luz el viajar a través de una sola molécula de hidrógeno (H2).
Para medir este cortísimo viaje, el físico Reinhard Dörner de la Universidad de Goethe en Alemania y sus colegas dispararon rayos-X con el PETRA III del Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), un acelerador de partículas en Hamburgo.
Los investigadores configuraron los rayos -X para que un simple fotón, o partícula de luz, golpeara dos electrones fuera de una molécula de hidrógeno (una molécula de hidrógeno consiste de dos protones y dos electrones). El fotón rebotó un electrón fuera de la molécula, y luego otro, tal como si fuera una piedra picando en la superficie de un lago.
Estas interacciones crearon un patrón de onda llamado patrón de interferencia, el cual Dörner y su equipo pudo medir con una herramienta llamada Espectroscopio de Impulso de Ion para Retroceso de Objetivos Fríos (COLTRIMS por sus siglas en inglés). Este instrumento es esencialmente un detector de partículas muy sensible capaz de registrar reacciones atómicas y moleculares extremadamente rápidas.
En este caso, COLTRIMS registró tanto el patrón de interferencia como la posición de la molécula de hidrógeno a través de la interacción.
«Dado que conocíamos la orientación espacial de la molécula de hidrógeno, utilizamos la interferencia de dos ondas de electrones para calcular precisamente cuándo el fotón alcanzó el primer y el segundo átomo de hidrógeno», explicó Sven Grundmann, coautor del estudio de la Universidad de Rostock en Alemania.
¿El tiempo? 247 zeptosegundos, con algo de espacio de contoneo dependiendo de la distancia entre los átomos de hidrógeno dentro de la molécula en el momento preciso que el fotón es arrojado. La medición es esencialmente capturar la velocidad de la luz dentro de la molécula.
«Observamos por primera vez que la carcasa del electrón en una molécula no reaccionó a la luz en todos lados al mismo tiempo», precisó Dörner en un comunicado. «El tiempo de retraso ocurre porque la información dentro de la molécula solo puede diseminarse a la velocidad de la luz».
Los resultados han sido detallados en la revista Science.
Fuente: ScienceAlert. Edición: MP.
