Zeptoseconds: New world record in short time measurement / Zeptoseconds: nuovo record mondiale nella misurazione del tempo breve

 Zeptoseconds: New world record in short time measurement / Zeptoseconds: nuovo record mondiale nella misurazione del tempo breve

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

In 1999, the Egyptian chemist Ahmed Zewail

 received the Nobel Prize for measuring the speed

 at which molecules change their shape. He founded

 femtochemistry using ultrashort laser flashes: the

 formation and breakup of chemical bonds occurs in

 the realm of femtoseconds. Now, atomic physicists

 at Goethe University in Professor Reinhard

 Dörner's team have for the first time studied a

 process that is shorter than femtoseconds by

 magnitudes.

They measured how long it takes for a photon to

 cross a hydrogen molecule: about 247

 zeptoseconds for the average bond length of the

 molecule. This is the shortest timespan that has

 been successfully measured to date.

The scientists carried out the time measurement on

 a hydrogen molecule (H2) which they irradiated

 with X-rays from the X-ray laser source PETRA

 III at the Hamburg accelerator facility DESY. The

 researchers set the energy of the X-rays so that one

 photon was sufficient to eject both electrons out of

 the hydrogen molecule.

Electrons behave like particles and waves

 simultaneously, and therefore the ejection of the

 first electron resulted in electron waves launched

 first in the one, and then in the second hydrogen

 molecule atom in quick succession, with the waves

 merging.

The photon behaved here much like a flat pebble

 that is skimmed twice across the water: when a

 wave trough meets a wave crest, the waves of the

 first and second water contact cancel each other,

 resulting in what is called an interference pattern.

The scientists measured the interference pattern of

 the first ejected electron using the COLTRIMS

 reaction microscope, an apparatus that Dörner

 helped develop and which makes ultrafast reaction

 processes in atoms and molecules visible.

 Simultaneously with the interference pattern, the

 COLTRIMS reactions microscope also allowed the

 determination of the orientation of the hydrogen

 molecule. The researchers here took advantage of

 the fact that the second electron also left the

 hydrogen molecule, so that the remaining

 hydrogen nuclei flew apart and were detected.

"Since we knew the spatial orientation of the

 hydrogen molecule, we used the interference of the

 two electron waves to precisely calculate when the

 photon reached the first and when it reached the

 second hydrogen atom," explains Sven Grundmann

 whose doctoral dissertation forms the basis of the

 scientific article in Science. "And this is up to 247

 zeptoseconds, depending on how far apart in the

 molecule the two atoms were from the perspective

 of light."

Professor Reinhard Dörner adds: "We observed for

 the first time that the electron shell in a molecule

 does not react to light everywhere at the same time.

 The time delay occurs because information within

 the molecule only spreads at the speed of light.

 With this finding we have extended our

 COLTRIMS technology to another application."

ITALIANO

Nel 1999, il chimico egiziano Ahmed Zewail ha

 ricevuto il premio Nobel per aver misurato la

 velocità con cui le molecole cambiano forma. Ha

 fondato la femtochimica utilizzando lampi laser

 ultracorti: la formazione e la rottura dei legami

 chimici avviene nel regno dei femtosecondi. Ora, i

 fisici atomici della Goethe University del gruppo

 del professor Reinhard Dörner hanno studiato per

 la prima volta un processo che è più breve dei

 femtosecondi per grandezza.

Hanno misurato quanto tempo impiega un fotone

 ad attraversare una molecola di idrogeno: circa 247

 zeptosecondi per la lunghezza media del legame

 della molecola. Questo è il periodo di tempo più

 breve che sia stato misurato con successo fino ad

 oggi.

Gli scienziati hanno effettuato la misurazione del

 tempo su una molecola di idrogeno (H2) che hanno

 irradiato con raggi X dalla sorgente laser a raggi X

 PETRA III presso l'impianto di accelerazione

 DESY di Amburgo. I ricercatori hanno impostato

 l'energia dei raggi X in modo che un fotone fosse

 sufficiente per espellere entrambi gli elettroni dalla

 molecola di idrogeno.

Gli elettroni si comportano come particelle ed onde

 contemporaneamente, e quindi l'espulsione del

 primo elettrone ha provocato onde di elettroni

 lanciate prima nell'uno e poi nel secondo atomo di

 molecola di idrogeno in rapida successione, con le

 onde che si fondono.

Il fotone qui si è comportato in modo molto simile

 ad un ciottolo piatto che viene sfiorato due volte

 sull'acqua: quando un solco d'onda incontra una

 cresta d'onda, le onde del primo e del secondo

 contatto con l'acqua si annullano a vicenda,

risultando in quello che viene chiamato schema di

 interferenza.

Gli scienziati hanno misurato il modello di

 interferenza del primo elettrone espulso utilizzando

 il microscopio a reazione COLTRIMS, un apparato

 che Dörner ha contribuito a sviluppare e che rende

 visibili i processi di reazione ultraveloci negli

 atomi e nelle molecole. Contemporaneamente al

 modello di interferenza, il microscopio per reazioni

 COLTRIMS ha anche permesso di determinare

 l'orientamento della molecola di idrogeno. I

 ricercatori qui hanno approfittato del fatto che

 anche il secondo elettrone ha lasciato la molecola

 di idrogeno, in modo che i nuclei di idrogeno

 rimanenti si separassero e venissero rilevati.

"Poiché conoscevamo l'orientamento spaziale della

 molecola di idrogeno, abbiamo utilizzato

 l'interferenza delle due onde elettroniche per

 calcolare con precisione quando il fotone ha

 raggiunto il primo e quando ha raggiunto il

 secondo atomo di idrogeno", spiega Sven

 Grundmann la cui tesi di dottorato costituisce la

 base di l'articolo scientifico su Science. "E questo è

 fino a 247 zeptosecondi, a seconda di quanto erano

 distanti nella molecola i due atomi dal punto di

 vista della luce."

Il professor Reinhard Dörner aggiunge: "Abbiamo

 osservato per la prima volta che il guscio

 elettronico in una molecola non reagisce alla luce

 ovunque allo stesso tempo. Il ritardo si verifica

 perché le informazioni all'interno della molecola si

 diffondono solo alla velocità della luce. Con questa

 scoperta abbiamo esteso la nostra tecnologia

 COLTRIMS ad un'altra applicazione."

Da:

https://www.freeastroscience.com/2021/02/blog-

post.html