Probeer niet eens een zeptoseconde vast te leggen met een standaard stopwatch. Dit kleine deel van de tijd is een fractie van een seconde - zo klein dat het gelijk is aan een nummer één op 21 plaatsen achter de komma, een triljoenste van een miljardste seconde, meldt Rebecca Boyle bij New Scientist . En onderzoekers van het Max Plank Instituut in Duitsland hebben eindelijk minieme veranderingen gemeten binnen een atoom op de zeptoseconde schaal.
De onderzoekers bereikten deze prestatie tijdens het bestuderen van het zogenaamde foto-elektrische effect in actie. Albert Einstein beschreef deze lastige gril van licht in 1905 en won later de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn uitleg van dit bepalende concept. Het foto-elektrische effect laat zien dat licht zowel als een golf als een deeltje kan werken. Wanneer een foton, of een lichtdeeltje, van een bepaalde energie een elektron raakt, kan het het elektron van zijn atoom bevrijden. Het foton werpt het elektron uit in een proces dat fotoemissie wordt genoemd, de basis achter zonne-energie.
Nu hebben onderzoekers de elektronenemissie van heliumatomen vastgelegd en de minuscule hoeveelheid tijd gemeten die nodig is om het elektron uit te werpen na de fotonaanval. Om het evenement te meten, gebruikte de fysicus een apparaat genaamd een Attosecond Streak Camera, dat bestaat uit twee lasers met verschillende lichtstralen in extreem korte bursts, schrijft Stewart Wills bij Optics and Photonics News. De onderzoekers richtten de camera op een heliumstraal - een relatief eenvoudig gas, bestaande uit atomen met elk slechts twee elektronen.
De eerste laser was een extreem ultraviolette straal die bedoeld was om het helium voldoende te exciteren om een van zijn elektronen op te geven, waarbij hij 100 attoseconde pulsen afvuurde (één attoseconde is slechts 10-18 seconden). De tweede laser was bijna-infrarood en werd gebruikt om de ontsnappende elektronen in actie te vangen en vier femtoseconden tegelijk af te vuren (een enkele femtoseconde is slechts 10-15 seconden).
Toen het heliumatoom een elektron uitstootte, detecteerde de infraroodlaser de emissie, waardoor de onderzoekers de duur van de gebeurtenis tot 850 zeptoseconden konden berekenen. Het experiment toonde aan dat het tussen de 7 en 20 attoseconden duurt voordat het heliumatoom een van zijn elektronen uitwerpt, meldt Boyle. De resultaten van de studie werden deze week gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics.
De resultaten van het experiment geven de onderzoekers enig inzicht in hoe dit kwantumproces werkt, schrijft Boyle, en kan op een dag nuttig zijn in kwantumcomputing en supergeleiding.
“Er is altijd meer dan één elektron. Ze werken altijd samen. Ze zullen elkaar altijd voelen, zelfs op grote afstanden, ”vertelt teamleider Martin Schultze aan Boyle. “Veel dingen zijn geworteld in de interacties van individuele elektronen, maar we behandelen ze als een collectief ding. Als je echt een microscopisch begrip van atomen wilt ontwikkelen, op het meest basale niveau, moet je begrijpen hoe elektronen met elkaar omgaan. "
Schultze vertelt Wills dat het team helium, een van de eenvoudigste atomen, gebruikt om hun methoden te valideren en metingen te maken voor de interactie tussen meerdere elektronen en fotonen. Het uitwerken van deze kleine tijdlijnen met eenvoudige atomen is de eerste stap naar het begrijpen van meer atomen met meer elektronen.
