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Logran medir por primera vez el lapso de tiempo más corto

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Los científicos alemanes han logrado medir por primera vez el tiempo que tarda un fotón en atravesar una molécula de hidrógeno. Se trata del lapso de tiempo más corto que se ha medido con éxito hasta la fecha.

En 1999, el químico egipcio Ahmed Zewail recibió el Premio Nobel por medir la velocidad a la que las moléculas cambian de forma. Para estimar la tasa de formación y ruptura de enlaces químicos, usó destellos láseres ultracortos en el rango de femtosegundos, que equivale a 10-15 segundos.

Ahora, los físicos atómicos de la Universidad Goethe en Frankfurt (Alemania) del equipo del profesor Reinhard Dorner han estudiado por primera vez la propagación de la luz en una molécula. De acuerdo con los científicos, este proceso es más corto que los femtosegundos en magnitudes, aproximadamente 247 zeptosegundos (10-21 segundos) para la longitud de enlace promedio de la molécula.

© Foto : Sven Grundmann / Goethe University FrankfurtUn fotón produce ondas de electrones a partir de la nube de electrones de la molécula de hidrógeno
Logran medir por primera vez el lapso de tiempo más corto - Sputnik Mundo
Un fotón produce ondas de electrones a partir de la nube de electrones de la molécula de hidrógeno

Para obtener los datos del estudio, los científicos llevaron midieron el tiempo en una molécula de hidrógeno (H2) que irradiaron con rayos X PETRAIII en el centro de aceleración DESY de Hamburgo. Dicho método permitió que un fotón fuera suficiente para expulsar ambos electrones de la molécula de hidrógeno.

Los electrones se comportan como partículas y ondas al mismo tiempo y, por lo tanto, la liberación del primer electrón provocó el lanzamiento de ondas de electrones, primero en uno y luego en el segundo átomo de la molécula de hidrógeno. 

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Después del paso del fotón a través de la molécula, el patrón de interferencia de las ondas cambió ligeramente, lo que permitió a los científicos calcular cuánto tiempo tarda un fotón en viajar de un átomo de hidrógeno a otro.

Los electrones se comportan como partículas y ondas simultáneamente y, por lo tanto, la expulsión del primer electrón dio como resultado ondas de electrones lanzadas primero en el átomo de una molécula de hidrógeno y luego en el segundo en rápida sucesión, fusionándose las ondas.

Dos ondas

En su estudio los científicos comparan un fotón con una roca plana que se lanza a través de la superficie del agua. Cuando toca dos veces la superficie, esta roca hace que se formen dos ondas que, divergiendo, comienzan a superponerse una sobre otra.

Los físicos midieron el cambio de interferencia del primer electrón utilizando el microscopio de reacción COLTRIMS desarrollado en la Universidad Goethe, que hace visibles reacciones ultrarrápidas en átomos y moléculas.

Simultáneamente con el patrón de interferencia, el microscopio permitió determinar la orientación de la molécula de hidrógeno gracias a que los núcleos de hidrógeno quedaron sin electrones dispersos a los lados y fueron detectados.

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"Como conocíamos la orientación espacial de la molécula de hidrógeno, usamos la interferencia de las dos ondas de electrones para calcular con precisión cuándo el fotón alcanzó el primer átomo de hidrógeno y cuándo alcanzó el segundo", explica el autor principal del estudio, Sven Grundmann, en un comunicado de prensa de la universidad.

"Observamos por primera vez que la capa de electrones en una molécula no reacciona a la luz simultáneamente y en todas partes. El retraso de tiempo se produce porque la información dentro de la molécula solo se propaga a la velocidad de la luz", agrega el profesor Reinhard Dörner.

Los científicos planean expandir la tecnología COLTRIMS en el futuro y usarla para estudiar otros eventos ultracortos a nivel molecular.

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