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21 de Octubre de 2020
Física

El tiempo más corto que se haya medido jamás

¿Cuánto tarda la luz en atravesar una molécula de hidrógeno? La medida de un lapso de tiempo más precisa del mundo da la respuesta: 247 zeptosegundos, 247 billonésimas de una milmillonésima de segundo.

«Ondulador» de PETRA III, la fuente de rayos X utilizada en la medición del lapso de tiempo más breve hasta ahora medido [DESY].

247 zeptosegundos, precisamente, es el tiempo que le lleva a un fotón atravesar una molécula formada por dos átomos de hidrógeno. Lo ha medido el grupo de Reinhard Dörner, de la Universidad de Frankfurt, y así han establecido un nuevo récord: nunca se había medido un lapso de tiempo tan corto. Un zeptosegundo es la billonésima parte de una milmillonésima de segundo, o una milésima de una trillonésima de segundo: 10-21 segundos.

Describen en Science su dispositivo experimental. Dispararon sobre una molécula de hidrógeno (H2) un fotón de alta energía, un fotón de rayos X. En su camino rompía primero el enlace de uno de los electrones de la molécula y luego el del otro. Como esos electrones arrancados de la molécula se comportan a la vez como partículas y como ondas, a cada uno le correspondía una onda, pero ambas se superponían y creaban un patrón de interferencia, que el equipo de Dörner pudo representar gracias a un aparato de medida sensible y ultraveloz, el microscopio de reacción COLTRIMS, desarrollado por el grupo de Dörner e instalado, como la fuente de sus rayos X, en las dependencias del acelerador de partículas DESY.

<strong>Esquema del experimento</strong>. El fotón de rayos X (punto amarillo) atraviesa desde la izquierda la molécula, representada aquí por los núcleos atómicos rojos. Se genera entonces un patrón de interferencia, cuya conformación da pistas sobre la duración de la travesía [Sven Grundmann, Universidad Goethe de Frankfurt].

El tiempo que pasa entre la generación de ambas ondas de electrón repercute en la conformación del patrón de interferencia, la cual, a su vez, permite a los investigadores determinar la duración del episodio: entre ambos «contactos» pasa un máximo de 247 zeptosegundos, «dependiendo de la distancia entre los átomos de la molécula desde la perspectiva de la luz», como explica Sven Grundmann, primer autor del artículo.

Esto muestra que ni siquiera en una molécula tan diminuta la cubierta de electrones reacciona entera simultáneamente a la luz que le llegue, dice Dörner: la información se propaga solo a la velocidad de la luz, y los correspondientes retrasos conforman el patrón.

Los investigadores ya lograron una primera incursión en la física de los zeptosegundos en 2016. La duración que entonces midieron, con la ayuda de láseres, fue de 850 zeptosegundos.

Jan Dönges

Referencia: «Zeptosecond birth time delay in molecular photoionization», de Sven Grundmann et al., en Science, volumen 370, número 6514, págs. 339-341 (16 de octubre de 2020); se puede leer la prepublicación en arXiv: 2010.08298 [physics-atom.ph].

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