В 1999 году Ахмед Зевейл (Ahmed Zewail), ученый-химик с египетскими корнями, стал лауреатом Нобелевской премии в области химии за измерение скорости, с которой происходят изменения форм молекул при химических реакциях. Своими работами Ахмед Зевейл основал целое новое направление в химии — фемтохимию. В этой области используются сверхкороткие вспышки лазерного света, позволяющие отследить процессы формирования или распада химических связей, происходящие в фемтосекундном масштабе времени.
И недавно, ученым-атомщикам из университета Гете (Goethe University) удалось изучить процессы, длительность которых существенно меньше одной фемтосекунды. Они измерили время, требующееся фотону для того, чтобы пересечь молекулу водорода. Минимальное значение этого времени, которое зависит от ориентации молекулы и длины водородных химических связей, составило 247 зептосекунд (247*10^-21 секунды), что является самым коротким временным интервалом, значение которого удалось измерить в настоящее время.
Для измерения времени прохождения фотона ученые осветили молекулы водорода (H2) рентгеновскими лучами, вырабатываемыми рентгеновским лазером PETRA III. Мощность рентгеновского излучения была установлена так, что энергии, заключенной в одном фотоне, было достаточно для выбивания из молекулы водорода обоих электронов.
Напомним нашим читателям, что электроны, в силу своего дуализма, ведут себя, как частицы и волны одновременно. Поэтому выбивание первого электрона привело к возникновению электронной волны, начавшейся в одном атоме молекулы и закончившейся в другом атоме слиянием этой волны с волной, порожденной уже выбиванием второго электрона.
Пролетающий через молекулу фотон можно было сравнить с плоским камешком, лежащим на дне водоема, изображение которого искажается рябью на поверхности воды. Но в данном случае в роли этой ряби выступали две электронные волны, которые накладывались друг на друга и создавали своеобразный интерференционный образ.
Этот интерференционный образ был запечатлен при помощи специального микроскопа COLTRIMS, изначально предназначенного для визуализации и исследований сверхбыстрых процессов в атомах и молекулах. Полученные параметры интерференции позволили ученым вычислить пространственную ориентацию молекулы водорода. Более того, тот факт, что оба электрона были выбиты из молекулы, позволил ученым увидеть два «обнаженных» ядра атомов водорода в самом конце процесса.
«Получив точное представление об ориентации молекулы водорода в пространстве, мы, используя интерференцию двух электронных волн, точно вычислили моменты времени, когда фотон достиг первого атома, затем, и второго атома водорода» — пишут исследователи, — «Разница между этими двумя моментами времени составила до 247 зептосекунд в зависимости от взаимного расположения атомов относительно траектории полета фотона».
«Более того, сейчас мы заметили, что электронная оболочка молекулы не реагирует вся одновременно на вмешательство со стороны фотона. Имеет место быть крошечная временная задержка, связанная с тем, что информация распространяется по молекуле с той же самой скоростью света» — рассказывает профессор Райнхард Дернер (Reinhard Dorner), — «И в будущем мы планируем использовать этот эффект для расширения возможностей нашей технологии COLTRIMS, что откроет перед ней совершенно новые области практического применения».
Материалы по теме:
Posted in 
Tags: 