Cientistas conseguem medir o menor período de tempo já registrado: zeptosegundos

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Uma partícula de luz, chamada fóton (seta amarela), produz ondas de elétrons a partir de uma nuvem de elétrons (cinza) de uma molécula de hidrogênio (vermelho: núcleo). O resultado dessas interações é o que chamamos de padrão de interferência (branco-violeta). O padrão de interferência é ligeiramente inclinado para a direita, permitindo aos pesquisadores calcular o tempo para o fóton passar de um átomo para o outro. Créditos: Sven Grundmann / Universidade de Frankfurt.

Por Stephanie Pappas
Publicado na Live Science

Os cientistas mediram a menor unidade de tempo já registrada: o tempo que uma partícula de luz leva para cruzar uma molécula de hidrogênio.

Esse tempo registrado é de 247 zeptosegundos. Um zeptosegundo é um trilionésimo de bilionésimo de segundo, ou um ponto decimal seguido por 20 zeros e um 1.

Anteriormente, os pesquisadores mergulharam no reino dos zeptosegundos. Em 2016, pesquisadores relataram na revista Nature Physics que usaram lasers incrementados para medir tempos de até 850 zeptosegundos.

Essa precisão é um grande salto em relação ao trabalho vencedor do Prêmio Nobel de 1999, que mediu o tempo pela primeira vez em femtossegundos, que são milionésimos de bilionésimos de segundos.

Leva femtossegundos para que as ligações químicas se quebrem e se formem, mas leva zeptossegundos para a luz viajar através de uma única molécula de hidrogênio (H2).

Para medir essa viagem muito curta, o físico Reinhard Dörner, da Universidade de Frankfurt, na Alemanha, e seus colegas tiraram raios X através do PETRA III no Síncrotron Alemão de Elétrons (DESY, do alemão: Deutsches Elektronen-Synchrotron), um acelerador de partículas em Hamburgo.

Os pesquisadores ajustaram a energia dos raios-X de modo que um único fóton, ou partícula de luz, expulsasse os dois elétrons da molécula de hidrogênio. (Uma molécula de hidrogênio consiste em dois prótons e dois elétrons.) O fóton tirou um elétron para fora da molécula e depois o outro, de forma um pouco parecida com uma pedra saltando sobre a superfície de um lago.

Essas interações criaram um padrão de onda denominado padrão de interferência, que Dörner e seus colegas conseguiram medir com uma ferramenta denominada microscópio de Espectroscopia de Momento de Íons de Recuo Frio (COLTRIMS, do inglês: Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy). Esta ferramenta é essencialmente um detector muito sensível de partículas que pode registrar reações atômicas e moleculares extremamente rápidas.

O microscópio COLTRIMS registrou o padrão de interferência e a posição da molécula de hidrogênio durante a interação.

“Como conhecíamos a orientação espacial da molécula de hidrogênio, usamos a interferência das ondas de dois elétrons para calcular com precisão quando o fóton atingiu o primeiro e quando atingiu o segundo átomo de hidrogênio”, disse Sven Grundmann, coautor do estudo na Universidade de Rostock na Alemanha, em um comunicado.

Qual o tempo? Duzentos e quarenta e sete zeptosegundos, com uma minúscula margem de manobra dependendo da distância entre os átomos de hidrogênio dentro da molécula no momento preciso em que o fóton passa. A medição é essencialmente capturar a velocidade da luz dentro da molécula.

“Observamos pela primeira vez que a camada de elétrons em uma molécula não reage à luz em todos os lugares ao mesmo tempo”, disse Dörner no comunicado. “O atraso ocorre porque a informação dentro da molécula só se espalha na velocidade da luz”.

Os resultados foram detalhados em 16 de outubro na revista Science.