Récord de tiempo más corto: consiguen medir miltrillonésimas partes de un segundo

El tiempo que tarda un fotón en cruzar una molécula de hidrógeno es el intervalo de tiempo más corto jamás medido. Este proceso se lleva a cabo en 247 zeptosegundos, lo que equivale a miltrillonésimas partes de un segundo, según han podido comprobar físicos atómicos de la Universidad Goethe de Frankfurt en un estudio del que se hizo eco el pasado viernes la revista 'Phys'.

Para llevar a cabo la medición, los científicos, dirigidos por el profesor Reinhard Dörner, irradiaron con rayos X procedentes del Acelerador Circular Tándem de Positrones y Electrones (PETRA) —la fuente de luz más potente de su tipo— una molécula de hidrógeno (H2). Los investigadores fijaron la energía de los rayos X para conseguir que un fotón expulsara a los dos electrones de la molécula de hidrógeno.

Los electrones se comportan como partículas y ondas simultáneamente, de tal forma que al expulsar el primer electrón se lanzaron ondas, primero, hacia la molécula de hidrógeno; y, luego, hacia el segundo electrón. Después, las ondas se fusionaron. En otras palabras, el fotón se comportó como si se lanzara una piedra plana sobre el agua y se deslizara dos veces. Cuando la onda del primer bote y la del segundo se encuentran, se cancelan entre sí, fenómeno conocido como patrón de interferencia.

Lo que se ha conseguido ahora es medir el patrón de interferencia del primer electrón expulsado, utilizando el microscopio de reacción COLTRIMIS, un aparato que hace visibles los procesos ultrarrápidos en átomos y moléculas. Paralelamente, COLTRIMIS captó la orientación de la molécula de hidrógeno, lo que permitió comprobar que el segundo electrón también abandonó la molécula y los núcleos restantes se separaron.

"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 Sven Grundmann, cuya tesis doctoral forma la base del artículo científico publicado en 'Science'. "Y esto es hasta 247 zeptosegundos, dependiendo de lo separados que estén los dos átomos en la molécula desde la perspectiva de la luz".

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No es el único hito del que pueden presumir Dörner y sus pupilos. "Observamos por primera vez que la capa de electrones de una molécula no reacciona a la luz en todas partes al mismo tiempo. El retraso se produce porque la información dentro de la molécula solo se propaga a la velocidad de la luz", añade. "Hemos encontrado otra aplicación para nuestra tecnología COLTRIMIS".