¡Zeptosegundos! Científicos logran medir el fragmento de tiempo más pequeño en un átomo

Física, Mundo Cuántico y Futuro

Por Sophimania Redacción
15 de Noviembre de 2016 a las 13:00
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¡Zeptosegundos! Científicos logran medir el fragmento de tiempo más pequeño en un átomo
El zeptosegundo es el periodo de tiempo más corto, jamás medido. Imagen: Internet

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


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