Un zeptosegundo es la
miltrillonésima parte de un segundo, (10-21 s). Este tiempo tan corto no se
usa en la vida diaria, pero es de interés en ciertas áreas de la física o la
química. En un segundo hay mil trillones de zeptosegundos y ahora ese pequeñísimo
lapso de tiempo ha sido medido por físicos alemanes.
El
descubrimiento se realizó al medir el proceso que ocurre cuando un electrón
escapa por primera vez de su átomo. La prueba es una impresionante demostración del
efecto fotoeléctrico de Einstein, el cual fue propuesto por el famoso físico
austriaco en 1905 y que ocurre cuando los fotones golpean a los electrones que
existen en un átomo.
Según
la mecánica cuántica, la energía de estos fotones o es absorbida
enteramente por un electrón, o es dividida entre algunos de ellos. Pero hasta
ahora, nadie ha sido capaz de estudiar este proceso con suficiente detalle para
saber con certeza que ocurre.
El resultado final es que un
electrón es expulsado desde los enlaces de su átomo base en un proceso
increíblemente rápido. Investigaciones
anteriores han demostrado que todo toma entre 5 y 15 attosesegundos (10-18
s). Pero antes de estas investigaciones, los científicos sólo habían sido
capaces de medir en detalle lo que sucedió después de que el electrón huyera de
su átomo.
Ahora un equipo en el
Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Alemania ha sido capaz de ver el
otro lado del proceso por primera vez, y medir lo que sucede en la pequeña
cantidad de tiempo antes de que el electrón salga del átomo. Lo hicieron disparando
una serie de láseres en un átomo de helio, y fueron capaces de medir todo el
efecto fotoeléctrico con una precisión de zeptosegundos. Los resultados han
sido publicados en Nature
Physics.
"Usando esta información,
podemos medir el tiempo que tarda el electrón en cambiar su estado cuántico
desde el estado muy estrecho y enlazado al átomo, a uno libre", dijo uno
de los investigadores, Marcus
Ossiander, a New Scientist.
El equipo escogió átomos de
helio porque tienen sólo dos electrones, lo que significa que son lo
suficientemente complejos como para que los investigadores puedan medir su
comportamiento a nivel mecánico cuántico (como la energía del fotón se divide
entre los electrones), pero lo suficientemente simple como para detectar
algunos patrones en los resultados.
En el primer conjunto de
experimentos, el equipo disparó un impulso láser súper corto, muy ultravioleta
en un átomo de helio para excitar sus dos electrones. El pulso duró apenas de 100
a 200 attosegundos, pero haciendo muchas lecturas a través de ese tiempo y
calculando su extensión estadística, el equipo pudo distinguir un marco de
tiempo de 850 zeptosegundos.
En el segundo experimento, los
investigadores usaron un pulso láser de infrarrojo cercano, que duró 4
femtosegundos (10-15 s) y calcularon que la expulsión de un electrón tomaba
entre 7 y 20 attosegundos, dependiendo de cómo el electrón interactuaba con el
núcleo y el otro electrón.
Eso significó que los
investigadores finalmente fueron capaces de obtener una idea de cómo los
electrones dividieron la energía del láser. A veces la energía se dividía entre
los dos, a veces era desigual. Y a veces, un electrón absorbía toda la energía.
Hubo varios factores que influyeron en la división, incluyendo la correlación
entre los electrones, y el estado electromagnético del campo láser.
Este es un paso emocionante
para finalmente entender el comportamiento cuántico de los átomos, y cómo los
electrones trabajan sobre una base individual. Una vez que entendamos
correctamente cómo funcionan estos bloques fundamentales de la materia, ayudaremos
a mejorar las tecnologías futuras, como la
superconductividad y la computación cuántica.
FUENTES: SCIENCEALERT, SCIENCEDAILY
