رکورد اندازه گیری کوتاه ترین زمان - وبلاگ مگنار

به گزارش وبلاگ مگنار، یک تریلیونیوم یک میلیاردیوم ثانیه طول زمانی است که دانشمندان پیروز شدند به عنوان کوتاه ترین زمان ثبت شده تا کنون اندازه گیری نمایند و برابر با زمان گذر یک ذره نور (فوتون) از میان مولکول هیدروژن (H2) است.

زمان اندازه گیری شده در این آزمایش 247 زپتوثانیه است. یک زپتوثانیه (Zeptosecond) یک تریلیونیوم یک میلیاردیوم (10 به توان 21-) یک ثانیه است. برای درک کوچکی این عدد پس از اعشار 20 صفر و یک 1 قرار دهید. در ادامه این مطلب از وبلاگ مگنار درباره اندازه گیری کوتاه ترین زمان خواهید خواند.

پیش از این هم پژوهشگران در سال 2016 توانسته بودند به قلمرو زپتوثانیه دست پیدا نمایند. آن ها در مقاله منتشر شده در نشریه نیچر فیزیک اعلام نموده بودند که از لیزر برای اندازه گیری زمانی به کوتاهی 850 زپتوثانیه استفاده نموده اند. این دقت یک جهش عظیم از زمان پژوهش برنده جایزه نوبل 1999 محسوب می گردد که برای نخستین بار زمان را در یکای فمتوثانیه (یک میلیونیوم یک میلیاردیوم ثانیه یا 10 به توان 15- ثانیه) اندازه گیری می کرد.

شکستن و تشکیل پیوندهای شیمیایی چند فمتوثانیه طول می کشد اما عبور نور از میان مولکول تنها چند زپتوثانیه زمان می برد. برای اندازه گیری کوتاه ترین زمان رینهارد دورنر (Reinhard Dörner) از دانشگاه گوته آلمان و همکارانش، پرتو ایکس را از PETRA III در سنکروترون الکترون آلمان (DESY) که یک شتاب دهنده ذرات در هامبورگ است، به مولکول هیدروژن شلیک کردند.

نتایج این پژوهش که تازه 16 اکتبر (25 مهر) در نشریه Science منتشر شده است، نشان می دهد پژوهشگران انرژی پرتوهای ایکس را طوری تنظیم کردند که تنها یک فوتون (ذره نور) بتواند دو الکترون را از مولکول هیدروژن که دو الکترون و دو پروتون دارد، خارج کند. درنتیجه فوتون به ترتیب یک الکترون و سپس دیگری را از مولکول بیرون راند.

این فعل و انفعالات یک الگوی موجی به نام الگوی تداخل ایجاد کرد که دورنر و همکارانش توانستند آن را با ابزاری به نام میکروسکوپ واکنشی COLTRIMS) Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) اندازه گیری نمایند. این ابزار یک آشکارساز بسیار حساس برای ذرات است که می تواند واکنش های اتمی و مولکولی بسیار سریع را ثبت نماید.

میکروسکوپ COLTRIMS هر دو الگوی تداخل و موقعیت مولکول هیدروژن را در طول این برهم کنش ثبت کرد. سون گراندمن (Sven Grundmann) نویسنده همکار این پژوهش از دانشگاه روستوک آلمان گفت: از آنجا که جهت گیری فضایی مولکول هیدروژن را می دانستیم، از تداخل دو موج الکترون برای محاسبه دقیق زمان رسیدن فوتون به نخستین و دومین اتم هیدروژن استفاده کردیم.

این زمان 247 زپتوثانیه است که با اندکی انحراف که به فاصله اتم ها درون مولکول هیدروژن دقیقا در لحظه عبور نور از میان آن بستگی دارد. این اندازه گیری زمان، در حقیقت ثبت سرعت نور درون مولکول است.

دورنر در بیانیه گفت: با اندازه گیری کوتاه ترین زمان ، ما برای نخستین بار مشاهده کردیم که پوسته الکترونی در یک مولکول در همه جا هم زمان به نور واکنش نشان نمی دهد بلکه تأخیر زمانی ایجاد می گردد که وابسته به سرعت نور است، زیرا اطلاعات درون مولکول با سرعت نور منتشر می گردد.

عکس کاور یک ذره نور (فوتون) که با فلش زرد معین شده، امواج الکترونی را در خارج از ابر الکترونی (با رنگ خاکستری) یک مولکول هیدروژن (هسته ها با رنگ قرمز معین است) فراوری می نماید. نتیجه این برهم کنش ها همان چیزی است که الگوی تداخل (بنفش-سفید) نامیده می گردد. الگوی تداخل در این طرح گرافیکی اندکی به سمت راست متمایل است و به پژوهشگران امکان می دهد زمان رسیدن فوتون از یک اتم به اتم دیگر را محاسبه نمایند.

بیشتر بخوانید: ناسا خود را برای بازگشت به ماه در سال 2024 آماده می نماید و از همین حالا در فکر پیاده سازی زیرساختی قابل اتکا برای برقراری ارتباط در آنجا است. مطلب نوکیا و ناسا ماه را به شبکه 4G LTE مجهز می نمایند را بخوانید.