Los científicos han medido la unidad de tiempo más corta de la historia: el tiempo que tarda una partícula ligera en atravesar una molécula de hidrógeno.
Ese tiempo, para que conste, es de 247 zeptosegundos. Un zeptosegundo es una billonésima de una mil millonésima de segundo, o un punto decimal seguido de 20 ceros y un 1.
Desde hace algún tiempo ya los investigadores se habían sumergido en el reino de los zeptosegundos. En 2016, los investigadores que informan en la revista Nature Physics utilizaron láseres para medir el tiempo en incrementos de hasta 850 zeptosegundos. Esta precisión es un gran salto con respecto al trabajo ganador del Premio Nobel de 1999 que midió por primera vez el tiempo en femtosegundos, que son millonésimas de mil millonésimas de segundo.
¿Cómo medir un viaje tan corto?
Se necesitan femtosegundos para que los enlaces químicos se rompan y se formen, pero la luz tarda zeptosegundos en viajar a través de una sola molécula de hidrógeno (H2). Para medir este viaje tan corto, el físico Reinhard Dörner de la Universidad Goethe en Alemania y sus colegas tomaron rayos X del PETRA III en Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), un acelerador de partículas en Hamburgo.
Los investigadores fijaron la energía de los rayos X de modo que un solo fotón, o partícula de luz, eliminara los dos electrones de la molécula de hidrógeno. (Una molécula de hidrógeno consta de dos protones y dos electrones). El fotón hizo rebotar un electrón de la molécula y luego el otro, un poco como un guijarro que salta sobre la parte superior de un estanque.
Estas interacciones crearon un patrón de onda llamado patrón de interferencia, que Dörner y sus colegas pudieron medir con una herramienta llamada microscopio de reacción COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy). Esta herramienta es esencialmente un detector de partículas muy sensible que puede registrar reacciones atómicas y moleculares extremadamente rápidas.
El microscopio COLTRIMS registró tanto el patrón de interferencia como la posición de la molécula de hidrógeno a lo largo de la interacción.
Así lo explicó en un comunicado Sven Grundmann, coautor del estudio en la Universidad de Rostock en Alemania:
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 primero y cuándo alcanzó el segundo átomo de hidrógeno.
¿Ese momento? Doscientos cuarenta y siete zeptosegundos, con cierto margen de maniobra dependiendo de la distancia entre los átomos de hidrógeno dentro de la molécula en el momento preciso en que el fotón pasó volando. Básicamente, la medición captura la velocidad de la luz dentro de la molécula.
Según señaló el Dörner en el mismo comunicado:
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 de tiempo se produce porque la información dentro de la molécula sólo se propaga a la velocidad de la luz.
Los resultados se detallaron el 16 de octubre de 2020 en la revista Science.