Đơn vị đo thời gian nhỏ hơn cả một giây

22/10/2020, 12:09

TNNN - Các nhà khoa học đã đo được khoảng thời gian nhỏ nhất từ trước đến nay, tương đương hạt ánh sáng đi qua một phân tử hydro.

Khoảng thời gian được ghi nhận là 247 zs (zepto giây), trong đó 1 zs tương đương 10^-21 s.

Từng có các nghiên cứu liên quan đến đơn vị thời gian zs. Một báo cáo đăng trên tạp chí Nature Physics năm 2016 đã sử dụng đèn laser để đo thời gian của hiệu ứng quang điện (850 zs).

Đây là bước tiến lớn so với việc tìm ra fs (femto giây) liên quan đến công trình nghiên cứu đạt giải Nobel Hóa học 1999 (1 fs = 10^-15 s).

Các nhà khoa học đã đo được thời gian ngắn nhất là 247 zs. Ảnh: Đại học Goethe Frankfurt.

Trong hình trên, hạt ánh sáng gọi là proton (màu vàng), tạo ra sóng điện tử nhờ đám mây electron (màu xám) của phân tử hydro (màu đỏ). Kết quả của những tương tác được thể hiện bằng sóng giao thoa (màu trắng tím) hơi lệch về bên phải, giúp các nhà khoa học tính toán thời gian để proton đi từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

Cần vài fs để các liên kết hóa học phá vỡ và hình thành, tuy nhiên chỉ mất vài zs để ánh sáng truyền qua một phân tử hydro (H2).

Để đo được thời gian này, nhà vật lý Reinhard Dörner từ Đại học Goethe (Đức) và cộng sự đã bắn tia X từ PETRA III - một chiếc máy gia tốc hạt. Năng lượng của tia X được điều chỉnh để một proton (hạt ánh sáng) lần lượt đẩy 2 electron khỏi phân tử hydro (một phân tử hydro gồm 2 proton và 2 electron).

Tương tác này tạo ra sóng giao thoa, có thể được đo bằng một công cụ gọi là Kính hiển vi Phản lực Mô-men xoắn Ion Bắn Mục tiêu Lạnh (COLTRIMS). Nó thực chất là một máy dò hạt siêu nhạy, có thể ghi lại các phản ứng nguyên tử và phân tử trong thời gian cực nhanh. COLTRIMS có thể ghi nhận cả hình ảnh giao thoa và vị trí các phân tử hydro trong suốt quá trình tương tác.

“Do biết được định hướng không gian của phân tử hydro, chúng tôi đã sử dụng hiệu ứng giao thoa của 2 sóng điện tử để tính toán chính xác thời điểm proton tương tác với nguyên tử hydro thứ nhất và thứ hai”, Sven Grundmann, đồng tác giả nghiên cứu tại Đại học Rostock (Đức), cho biết.

Con số 247 zs đã tính thêm độ trễ dựa vào khoảng cách giữa các nguyên tử hydro trong phân tử tại thời điểm proton di chuyển. Về cơ bản, phép đo này ghi nhận tốc độ ánh sáng trong phân tử.

“Lần đầu tiên chúng tôi phát hiện vỏ của electron trong phân tử không phản ứng với ánh sáng ở mọi nơi cùng lúc. Thời gian trễ xảy ra bởi thông tin trong phân tử chỉ truyền với tốc độ ánh sáng”, Dörner cho biết.

Nguồn: Khoa học & Đời sống