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247×10^-21秒!人類實際測量到的最短時間

科學家已測量出有史以來最短暫的時間進程:氫粒子穿過氫分子所花費的時間。

新的記錄是247仄秒(zeptosecond)。1仄秒=0.000000000000000000001秒,小數點後跟20個零。

測量最短的時間跨度,是為了理解化學過程中,分子和原子間實際的作用:如化學鍵斷裂時究竟發生了什麼。

相應的學科被稱為飛秒化學,由1999年諾貝爾化學獎獲得者艾哈邁德·澤維爾(Ahmed H.Zewail)創立。大家不妨猜猜澤維爾的獲獎理由——創立了飛秒化學。很巧啊有沒有。

當然,後來也有對應的飛秒物理,飛秒雷射……1飛秒=0.0000000000000001秒,小數點後面14個0。

但是,直到2016年,研究人員才在《自然·物理學》發刊稱,藉助雷射脈衝,測量精度達到了仄秒級,可測量區間是850仄秒。

化學鍵的斷裂和形成需要飛秒,但光子穿過單個氫分子(H2)則需要仄秒。

現在,歌德大學原子物理學家Reinhard Dörner教授和團隊測量到了更短的時間進程。單光子穿過氫分子——對分子的平均鍵長而言,這一事件大約需要247仄秒,這也是迄今為止人類測量到的最短時間段。

研究人員設定X射線的能量,以使單個光子撞擊到氫分子中的兩個電子。(一個氫分子由兩個質子和兩個電子組成)光子撞到電子,然後反彈到另一個氫原子的電子上——類似於我們打水漂,石塊在水面彈跳前進。

光電子相互作用產生了一種被稱為干擾模式的波型,Dörner和同事可以使用所謂的冷目標反衝離子動量譜(COLTRIMS)反應顯微鏡的工具對其進行測量。該工具本質上是一個非常靈敏的粒子探測器,可以記錄極快的原子和分子反應。

COLTRIMS顯微鏡記錄到整個相互作用過程中干涉圖和氫分子的位置。

測量實質上是捕獲分子中的光速。

Dörner在聲明中說:「我們第一次觀察到,分子中的電子云不會同時對光子起反應。發生時間延遲是因為分子內的信息也只能以光速傳播。」

10月16日的《科學》雜誌詳細介紹了他們的實驗。

責任編輯: 李華   來源:科學 轉載請註明作者、出處並保持完整。

本文網址:https://tw.aboluowang.com/2020/1021/1514629.html

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