すぐに使えるストップウォッチを使用して、ゼプト秒をキャプチャしようとしないでください。 この小さな時間はほんの一瞬です-非常に小さいので、小数点以下21桁、1兆分の1秒の1桁に相当します」とNew Scientistの Rebecca Boyleは報告しています。 そして、ドイツのマックスプランク研究所の研究者は、最終的に原子内の微小な変化をゼプト秒スケールで測定しました。
研究者は、いわゆる光電効果の作用を研究しながらこの偉業を達成しました。 アルバート・アインシュタインは、1905年にこの光の奇妙な癖を説明し、後にこの定義概念の説明でノーベル物理学賞を受賞しました。 光電効果は、光が波と粒子の両方として作用することを示しています。 特定のエネルギーの光子または光の粒子が電子に当たると、その原子から電子を解放できます。 光子は、光エネルギーと呼ばれるプロセスで電子を放出します。これは太陽エネルギーの背後にあります。
現在、研究者は、ヘリウム原子からの電子放出を実際に捕捉し、光子が衝突した後、電子が放出されるのにかかる時間を測定しています。 イベントを測定するために、物理学者はAttosecond Streak Cameraと呼ばれる機器を使用しました。この機器は、非常に短いバーストで異なる光を発する2つのレーザーで構成されています。 研究者は、カメラをヘリウムのジェットに向けました。ヘリウムは、それぞれ2つの電子しか持たない原子で構成される比較的単純なガスです。
最初のレーザーは、ヘリウムを励起して電子の1つを放棄することを意図した極端な紫外線で、100アト秒のパルスで発射しました（1アト秒はわずか10 -18秒です）。 2番目のレーザーは近赤外線であり、動作中の逃げる電子をキャプチャするために使用され、一度に4フェムト秒（1フェムト秒はわずか10 -15秒）発射します。
ヘリウム原子が電子を放出すると、赤外線レーザーが放射を検出したため、研究者はイベントの持続時間を850ゼプト秒まで計算できました。 実験では、ヘリウム原子がその電子の1つを放出するのに7〜20アト秒かかることが示された、とボイルは報告しています。 この研究の結果は今週、 Nature Physics誌に掲載されました。
実験の結果は、研究者にこの量子プロセスがどのように機能するかについての洞察を与え、ボイルを書いて、いつか量子コンピューティングと超伝導に役立つかもしれません。
「常に複数の電子があります。 彼らは常に相互作用します。 チームリーダーのマーティンシュルツェはボイルに語ります。 「多くのものは個々の電子の相互作用に根ざしていますが、私たちはそれらを集合的なものとして扱います。 最も基本的なレベルで、原子の微視的な理解を本当に深めたい場合は、電子が互いにどのように対処するかを理解する必要があります。
シュルツェは、チームが最も単純な原子の1つであるヘリウムを使用してメソッドを検証し、複数の電子と光子の相互作用の測定値を作成していることをウィルズに伝えます。 これらの小さなタイムラインを単純な原子で処理することが、より多くの電子とより多くの原子を理解するための最初のステップです。
