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247×10^-21秒!人类实际测量到的最短时间

科学家已测量出有史以来最短暂的时间进程:氢粒子穿过氢分子所花费的时间。

新的记录是247仄秒(zeptosecond)。1仄秒=0.000000000000000000001秒,小数点后跟20个零。

测量最短的时间跨度,是为了理解化学过程中,分子和原子间实际的作用:如化学键断裂时究竟发生了什么。

相应的学科被称为飞秒化学,由1999年诺贝尔化学奖获得者艾哈迈德·泽维尔(Ahmed H.Zewail)创立。大家不妨猜猜泽维尔的获奖理由——创立了飞秒化学。很巧啊有没有。

当然,后来也有对应的飞秒物理,飞秒激光……1飞秒=0.0000000000000001秒,小数点后面14个0。

但是,直到2016年,研究人员才在《自然·物理学》发刊称,借助激光脉冲,测量精度达到了仄秒级,可测量区间是850仄秒。

化学键的断裂和形成需要飞秒,但光子穿过单个氢分子(H2)则需要仄秒。

现在,歌德大学原子物理学家Reinhard Dörner教授和团队测量到了更短的时间进程。单光子穿过氢分子——对分子的平均键长而言,这一事件大约需要247仄秒,这也是迄今为止人类测量到的最短时间段。

研究人员设定X射线的能量,以使单个光子撞击到氢分子中的两个电子。(一个氢分子由两个质子和两个电子组成)光子撞到电子,然后反弹到另一个氢原子的电子上——类似于我们打水漂,石块在水面弹跳前进。

光电子相互作用产生了一种被称为干扰模式的波型,Dörner和同事可以使用所谓的冷目标反冲离子动量谱(COLTRIMS)反应显微镜的工具对其进行测量。该工具本质上是一个非常灵敏的粒子探测器,可以记录极快的原子和分子反应。

COLTRIMS显微镜记录到整个相互作用过程中干涉图和氢分子的位置。

测量实质上是捕获分子中的光速。

Dörner在声明中说:“我们第一次观察到,分子中的电子云不会同时对光子起反应。发生时间延迟是因为分子内的信息也只能以光速传播。”

10月16日的《科学》杂志详细介绍了他们的实验。

责任编辑: 李华   来源:科学 转载请注明作者、出处並保持完整。

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