Ikke prøv å fange et zeptosekund ved å bruke en stoppeklokke. Denne ørsmå delen av tiden er en brøkdel av et sekund - så liten at den tilsvarer et enkelt nummer ett som sitter 21 plasser bak desimalet, en billion av en milliardedels sekund, rapporterer Rebecca Boyle hos New Scientist . Og forskere ved Max Plank Institute i Tyskland målte endelig minuttforandringer i et atom i zeptosekundskalaen.
Forskerne oppnådde denne bragden mens de studerte den såkalte fotoelektriske effekten i handling. Albert Einstein beskrev denne vanskelige lysfeilen i 1905, og vant senere Nobelprisen i fysikk for sin forklaring av dette definerende konseptet. Den fotoelektriske effekten viser at lys kan fungere som både en bølge og en partikkel. Når et foton, eller en lyspartikkel, av en viss energi slår et elektron, kan det frigjøre elektronet fra atomet. Fotonet kaster ut elektronet i en prosess som kalles fotoemisjon, grunnlaget bak solenergi.
Nå har forskere faktisk fanget elektronutslippet fra heliumatomer, og måle den minimale tiden det tar før elektronet blir kastet ut etter fotonstreiken. For å måle hendelsen brukte fysikeren et utstyr som ble kalt et Attosecond Streak Camera, som består av to lasere med forskjellig lysskyting i ekstremt korte utbrudd, skriver Stewart Wills hos Optics and Photonics News. Forskerne rettet kameraet mot en heliumstråle - en relativt enkel gass, bestående av atomer som bare har to elektroner hver.
Den første laseren var en ekstremt ultrafiolett stråle ment for å begeistre helium nok til å gi avkall på en av dens elektroner, avfyring i 100 attosekundpulser (ett attosekund er bare 10-18 sekunder). Den andre laseren var nær-infrarød og ble brukt til å fange opp de rømrende elektronene i aksjon, og avfyrte i fire femtosekund om gangen (et enkelt femtosekund er bare 10-15 sekunder).
Da heliumatomet kastet ut et elektron, oppdaget den infrarøde laseren utslippet, slik at forskerne kunne beregne varigheten av hendelsen ned til 850 zeptosekunder. Eksperimentet viste at det tar mellom 7 og 20 attosekunder for heliumatomet å få ut en av elektronene, rapporterer Boyle. Resultatene fra studien ble publisert denne uken i tidsskriftet Nature Physics.
Eksperimentets resultater gir forskerne litt innblikk i hvordan denne kvanteprosessen fungerer, skriver Boyle, og kan en dag være nyttig i kvanteberegning og superledelse.
”Det er alltid mer enn ett elektron. De samhandler alltid. De vil alltid føle hverandre, selv på store avstander, ”forteller teamleder Martin Schultze til Boyle. "Mange ting er forankret i samspillet mellom individuelle elektroner, men vi behandler dem som en kollektiv ting. Hvis du virkelig ønsker å utvikle en mikroskopisk forståelse av atomer, på det mest grunnleggende nivået, må du forstå hvordan elektronene håndterer hverandre. ”
Schultze forteller Wills at teamet bruker helium, et av de enkleste atomene, for å validere metodene sine og lage målinger for hvordan flere elektroner og fotoner interagerer. Å trene ut disse bittesmå tidslinjene med enkle atomer er det første skrittet mot å forstå flere atomer med mer elektroner.
