Немецкие ученые измерили время распространения рентгеновского излучения внутри молекулы водорода и тем самым поставили рекорд по измерению самого короткого промежутка времени. Для этого они наблюдали за излучением двух электронов от различных атомов одной молекулы под воздействием когерентного ионизирующего излучения.

В таком процессе эмиссия двух электронов начинается с небольшой задержкой друг относительно друга. Продолжительность последней измерили физики и получили значение, близкое к теоретическому предсказанию в 247 зептосекунд, или же 2,47 × 10^-19 секунды. По мнению авторов статьи, опубликованной в журнале Science, их исследование должно положить начало более подробно теоретическому и экспериментальному описанию эффекта.

Чтобы изучить и понять какой-либо физический процесс очень полезно иметь представления о времени его протекания, а еще лучше иметь возможность проследить за этим процессом в режиме реального времени. Но когда речь идет о крайне быстрых процессах реализовать это не так просто, тем более если эти явления происходят на масштабах схожих с размером атома.

Большим прорывом в этой области были достижения Ахмеда Зевейла, который с помощью фемптосекундных лазеров научился наблюдать за течением химических реакций на временных масштабах порядка 10^-15 секунды. За это он в 1999 получил Нобелевскую премию по химии.

В физике встречаются и существенно более быстрые процессы, для изучения которых недостаточно лазеров сверхкоротких импульсов. К ним относятся и процессы фотоионизации, в ходе которых атом или молекула лишается одного или нескольких электронов под воздействием электромагнитного излучения. За время фотоионизации принимается время, за которое электрон успевает стать свободной частицей после поглощения фотона, и называется оно задержкой Вигнера. Сам электрон согласно квантовой механике является волной, и по разностям фаз испущенных электронов можно судить о разности во времени между их эмиссиями. Ранее сообщалось, что временные масштабы в таких процессах измеряются десятками аттосекунд (1 аттосекунда – это 10^-18 секунды), и что их измерение может помочь в изучении электронных корреляций в атомах.

В фотоинонизации есть и процессы, происходящие за еще более короткое время, а их природа отличается от эффектов в основе происхождения задержки Вигнера. Они появляются, к примеру, в том случае, если волна ионизирующего излучения доходит до двух разных атомов в составе молекулы не одновременно, а по очереди, и в обоих центрах ионизации происходит эмиссия электронов. Тогда эта задержка приводит к неодновременному излучению молекулой двух электронов, между волновыми функциями которых появляется разность фаз. Исходя из скорости света и характерных расстояний между атомами в молекулах можно судить о времени подобных процессов: оно должно измеряться в сотнях зептосекунд (1 зептосекунда – это 10^-21 секунды).

Эту задержку между двумя эмиссиями электронов под воздействием ионизирующего излучения в молекуле водорода и измерял Свен Грундманн (Sven Grundmann) из университета имени Гёте.