Forsøg ikke engang at fange et zeptosekund ved hjælp af et stopur af uret. Denne lille del af tiden er en brøkdel af et sekund - så lille, at den er lig med et enkelt nummer et, der sidder 21 pladser bag decimalet, en billion af en milliarddel sekund, rapporterer Rebecca Boyle hos New Scientist . Og forskere ved Max Plank Institute i Tyskland målte endelig minutændringer inden for et atom i zeptosekundskalaen.
Forskerne opnåede denne bedrift, mens de studerede den såkaldte fotoelektriske effekt i handling. Albert Einstein beskrev denne vanskelige lysudfald i 1905 og vandt senere Nobelprisen i fysik for sin forklaring af dette definerende koncept. Den fotoelektriske effekt viser, at lys kan fungere som både en bølge og en partikel. Når en foton eller en lyspartikel af en bestemt energi rammer en elektron, kan den frigøre elektronet fra sit atom. Fotonen udsætter elektronet i en proces kaldet fotoemission, som er grundlaget bag solenergi.
Nu har forskere faktisk fanget elektronemissionen fra heliumatomer og måler den minsiscule mængde tid, det tager for elektronet at blive skubbet ud efter fotonstrejken. For at måle begivenheden brugte fysikeren et stykke udstyr, der kaldes et Attosecond Streak Camera, som består af to lasere med forskellig let fyring i ekstremt korte bursts, skriver Stewart Wills på Optics and Photonics News. Forskerne dirigerede kameraet mod en heliumstråle - en relativt simpel gas, bestående af atomer, der kun har to elektroner hver.
Den første laser var en ekstremt ultraviolet stråle beregnet til at begejse helium nok til at give afkald på en af dens elektroner og affyrede i 100 attosekundspulser (et attosekund er kun 10-18 sekunder). Den anden laser var næsten infrarød og blev brugt til at indfange de flugtende elektroner i aktion, idet den fyrede i fire femtosekund ad gangen (et enkelt femtosekund er kun 10-15 sekunder).
Da heliumatom sprøjtede et elektron opdagede den infrarøde laser emissionen, hvilket gjorde det muligt for forskerne at beregne begivenhedens varighed ned til 850 zeptosekunder. Eksperimentet viste, at det tager mellem 7 og 20 attosekunder for heliumatom at skubbe en af dets elektroner ud, rapporterer Boyle. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort denne uge i tidsskriftet Nature Physics.
Eksperimentets resultater giver forskerne en vis indsigt i, hvordan denne kvanteproces fungerer, skriver Boyle, og kan en dag være nyttig i kvanteberegning og superledelse.
”Der er altid mere end en elektron. De interagerer altid. De vil altid føle hinanden, selv i store afstande, ”fortæller teamleder Martin Schultze til Boyle. ”Mange ting er forankret i interaktioner mellem individuelle elektroner, men vi behandler dem som en kollektiv ting. Hvis du virkelig ønsker at udvikle en mikroskopisk forståelse af atomer på det mest basale niveau, er du nødt til at forstå, hvordan elektroner håndterer hinanden. ”
Schultze fortæller Wills, at teamet bruger helium, et af de enkleste atomer, til at validere deres metoder og oprette målinger for, hvordan flere elektroner og fotoner interagerer. Arbejde med disse små tidslinjer med enkle atomer er det første skridt mod at forstå flere atomer med flere elektroner.
