Технология измерва времето с точност до трилион милиардни от секундата

Колко бързо се движат електроните между атомите в една молекула? В повечето случаи те се нуждаят само от няколко атомсекунди (10^-18 секунди или една милионна от милиардната от секундата), за да направят това. Проследяването на такива бързи процеси е огромна задача и наскоро екип от австралийски учени разработи нова интерференциална технология , способна да измерва колебанията във времето със зептосекунда (10^-21 секунди или трилион от една милиардна от секундата.

Като тест тази технология беше използвана за измерване на забавянето между два импулса светлина, излъчвани от различни водородни изотопи, нормален водород (H2) и деутерий (D2), които бяха едновременно изложени на импулс от лазерна светлина. Измереното забавяне е по-малко от три атомсекунди, а причината за появата му е разликата в динамиката на движение на по-леките и по-тежките ядра на атомите на водородния изотоп.

Светлината се излъчва от водородни атоми чрез процес, наречен високо хармонично генериране. Този процес става, когато електрон бъде изваден от атома от мощен поток от светлина, който освен това ускорява електрона до по-висока енергия и скорост. Когато електронът се върне в "лоното" на атома, се излъчва квант от ултравиолетова светлина. Честотите, интензитетът и фазата на вторичното лъчение са силно зависими от параметрите на вълновите функции, така че всички атоми и молекули излъчват твърд ултравиолет със свои собствени уникални параметри.

Ако спектралният интензитет на вторичното лъчение се измерва съвсем просто, то измерването на неговата фаза е много по-сложен проблем, който не е по силите на традиционните спектрометри.

За да решат този проблем, учените се възползваха от феномена, наречен фаза на Гуи, на името на френския физик Луи Жорж Гуи. Измерването на фазовото изместване на Гуи на светлинните кванти от водород и деутерий в този случай е еквивалентно на измерване на времезакъснението и проведените експерименти показват, че тази стойност е доста стабилна и равна на малко по-малко от 3 атосекунди.

Работата на австралийските учени беше тествана за "научна чистота" от група теоретични физици от Шанхайския университет. Китайските учени моделираха всички възможни варианти за генериране на радиация от два водородни изотопа, като взеха предвид всички възможни комбинации на движението на ядрата и електроните.

Получените резултати от симулацията се съгласуват много добре с експерименталните данни и това предполага, че в бъдеще тази технология може да се използва за изследване и измерване на свръхбързи процеси в атоми и молекули с безпрецедентна времева разделителна способност.