Em 1999, o químico egípcio Ahmed Zewail recebeu o Prêmio Nobel por medir a velocidade com que as moléculas mudam de forma. Ele fundou a femtoquímica usando flashes de laser ultracurtos:a formação e a quebra de ligações químicas ocorrem no reino dos femtossegundos.

Agora, Os físicos atômicos da Goethe University na equipe do professor Reinhard Dörner estudaram pela primeira vez um processo que é mais curto do que femtossegundos em magnitudes. Eles mediram quanto tempo leva para um fóton cruzar uma molécula de hidrogênio:cerca de 247 zeptosegundos para o comprimento médio da ligação da molécula. Este é o menor intervalo de tempo medido com sucesso até o momento.

Os cientistas realizaram a medição do tempo em uma molécula de hidrogênio (H ₂ ), que eles irradiaram com raios-X da fonte de laser de raios-X PETRA III nas instalações do acelerador DESY de Hamburgo. Os pesquisadores ajustaram a energia dos raios X de modo que um fóton fosse suficiente para ejetar os dois elétrons da molécula de hidrogênio.

Os elétrons se comportam como partículas e ondas simultaneamente, e, portanto, a ejeção do primeiro elétron resultou em ondas de elétrons lançadas primeiro em um, e então no segundo átomo da molécula de hidrogênio em rápida sucessão, com a fusão das ondas.

O fóton se comportou aqui muito como uma pedra plana que é deslizada duas vezes na água:quando uma depressão encontra uma crista de onda, as ondas do primeiro e do segundo contato com a água se cancelam, resultando no que é chamado de padrão de interferência.

Os cientistas mediram o padrão de interferência do primeiro elétron ejetado usando o microscópio de reação COLTRIMS, um aparelho que Dörner ajudou a desenvolver e que torna visíveis os processos de reação ultrarrápidos em átomos e moléculas. Simultaneamente com o padrão de interferência, o microscópio de reações COLTRIMS também permitiu a determinação da orientação da molécula de hidrogênio. Os pesquisadores aqui aproveitaram o fato de que o segundo elétron também deixou a molécula de hidrogênio, de modo que os núcleos de hidrogênio restantes se separaram e foram detectados.

"Uma vez que conhecíamos a orientação espacial da molécula de hidrogênio, usamos a interferência das duas ondas de elétrons para calcular com precisão quando o fóton atingiu o primeiro e quando atingiu o segundo átomo de hidrogênio, "explica Sven Grundmann, cuja dissertação de doutorado forma a base do artigo científico na Science." E isso é até 247 zeptosegundos, dependendo de quão distantes na molécula os dois átomos estavam da perspectiva da luz. "

O professor Reinhard Dörner acrescenta:"Observamos pela primeira vez que a camada de elétrons em uma molécula não reage à luz em todos os lugares ao mesmo tempo. O atraso ocorre porque a informação dentro da molécula só se espalha à velocidade da luz. Com esta descoberta estendemos nossa tecnologia COLTRIMS para outro aplicativo. "