Физики впервые изучили зептосекундный процесс

В 1999 году египетский химик Ахмед Зевейл получил Нобелевскую премию за измерение скорости, с которой молекулы меняют свою форму. Зевейла можно назвать основателем фемтохимии — раздела физической химии, который изучает процессы на очень коротких временных интервалах фемтосекундного порядка (фемтосекунда — это 10^-15 с или же одна миллионная одной миллиардной доли секунды).

Теперь же физики из Университета Гете во Франкфурте впервые изучили процесс еще более кратковременного порядка. Они определили, сколько времени требуется фотону, чтобы пересечь молекулу водорода. Это самый короткий промежуток времени, который был успешно измерен на сегодня. Статья о работе ученых опубликована в Science.

Исследователи облучали молекулы водорода рентгеновским лазером. Уровень энергии лучей откалибровали так, чтобы одного фотона было достаточно для выбивания обоих электронов из молекулы водорода. Поскольку электроны ведут себя как частицы и волны одновременно, выброс первого электрона приводит к запуску электронных волн сначала в одном, а затем во втором атоме молекулы водорода спустя очень короткий промежуток времени.

Фотон в этом случае ведет себя словно плоский камешек, пущенный «жабкой» и ударившийся о воду дважды. Когда впадина перед первой волной встречается с гребнем второй, эти волны нейтрализуют друг друга, формируя так называемую интерференционную картину.

Ученые измерили интерференционную картину первого выброшенного электрона с помощью специального реакционного микроскопа, который позволяет рассмотреть сверхбыстрые процессы в атомах и молекулах. Этот прибор также помог определить ориентацию молекулы водорода.

В совокупности это позволило точно рассчитать время, за которое фотон проходит всю молекулу водорода: около 247 зептосекунд (247*10^-21 с) для средней длины связи. Ученые надеются, что их методика будет применима и для изучения более сложных молекул.

Ранее мы сообщали, что физики открыли новый магнитоэлектрический эффект в неожиданном материале, у которого наличия подобных свойств даже не предполагали, а инженеры из компании Google провели первую квантовую симуляцию химической реакции.