Sul filo degli zeptosecondi: il più breve intervallo di tempo mai misurato

È appena stato battuto un altro record, quello dell’intervallo di tempo più breve che sia stato misurato finora, e che equivale a esattamente 247 zeptosecondi. A riuscirci sono stati i ricercatori della Goethe University, in Germania, che nei loro laboratori hanno sostanzialmente individuato il tempo impiegato da un fotone per attraversare una molecola di idrogeno, pari appunto a 247 zeptosecondi. Il loro studio è stato appena pubblicato sulle pagine di Science e segna perciò un altro record nel mondo della fisica.

Lo zeptosecondo (zs), ricordiamo, è l’unità di misura del tempo più breve in assoluto, pari a un trilionesimo di miliardesimo di secondo, cioè una serie di 21 numeri dopo lo zero virgola. Già nel 2016, in uno studio pubblicato sulla rivista Nature Physics, un team di fisici era riuscito a individuare un intervallo il tempo brevissimo, di circa 850 zeptosecondi. Valori, quindi, che hanno segnato un enorme passo in avanti rispetto agli studi del chimico egiziano Ahmed Zewail, vincitore del premio Nobel del 1999, che descriveva per la prima volta la velocità con cui le molecole cambiano forma, riuscendo a misurare il tempo in femtosecondi, equivalenti a milionesimi di miliardesimi di secondo (pari a 15 numeri dopo lo zero virgola). Sebbene i femtosecondi siano quindi utili per misurare il tempo di rottura e di formazione dei legami chimici, gli zeptosecondi sono fondamentali per determinare l’intervallo di tempo che impiega la luce per attraversare una singola molecola di idrogeno.

Per riuscirci, il team di ricercatori, coordinato dal fisico Reinhard Dörner, si è servito dell’innovativo strumento a raggi X del Petra III presso il Deutsches Elektronen-Synchrotron (Desy), un acceleratore di particelle di Amburgo. Nel loro esperimento, i ricercatori hanno impostato l’energia dei raggi X in modo che un singolo fotone fosse sufficiente per espellere i due elettroni da una molecola di idrogeno (che, precisiamo, è composta da due protoni e due elettroni). Dato che gli elettroni si comportano simultaneamente come particelle e onde, l’espulsione del primo e poi del secondo elettrone ha così generato un modello d’onda chiamato modello di interferenza (fenomeno dovuto alla sovrapposizione nello spazio di due o più onde), che i ricercatori sono riusciti a misurare grazie al microscopio a reazione, il Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy (Coltrims), ovvero un rilevatore di particelle molto sensibile in grado di registrare reazioni atomiche e molecolari estremamente veloci.

Il microscopio Coltrims, infatti, è riuscito a registrare sia il modello di interferenza che la posizione della molecola di idrogeno durante l’interazione. “Poiché conoscevamo l’orientamento spaziale della molecola di idrogeno, abbiamo utilizzato l’interferenza delle due onde elettroniche per calcolare nel dettaglio il tempo necessario al fotone per raggiungere il primo, e poi il secondo, atomo di idrogeno”, ha spiegato Sven Grundmann, tra gli autori dello studio. In conclusione, quindi, i ricercatori sono riusciti a misurare la velocità della propagazione luce all’interno di una molecola, che è stata esattamente di 247 zeptosecondi, il più piccolo lasso di tempo mai misurato finora.

Via: Wired.it

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