År 1999, den egyptiska kemisten Ahmed Zewail fick Nobelpriset för att mäta hastigheten med vilken molekyler ändrar form. Han grundade femtokemi med ultrakorte laserblixtar:bildandet och sönderdelningen av kemiska bindningar sker inom femtosekundernas område.

Nu, atomfysiker vid Goethe -universitetet i professor Reinhard Dörners team har för första gången studerat en process som är kortare än femtosekunder i storleksordning. De mätte hur lång tid det tar för en foton att korsa en vätemolekyl:cirka 247 zeptosekunder för molekylens genomsnittliga bindningslängd. Detta är den kortaste tidsperiod som har mätts hittills.

Forskarna utförde tidsmätningen på en vätemolekyl (H ₂ ) som de bestrålade med röntgenstrålar från röntgenlaserkällan PETRA III vid Hamburgs acceleratoranläggning DESY. Forskarna ställde in röntgenstrålarnas energi så att en foton var tillräcklig för att mata ut båda elektronerna ur vätemolekylen.

Elektroner beter sig som partiklar och vågor samtidigt, och därför resulterade utmatningen av den första elektronen i att elektronvågor startade först i den ena, och sedan i den andra vätemolekylatomen i snabb följd, med vågorna som smälter samman.

Fotonen betedde sig här ungefär som en platt sten som skummas två gånger över vattnet:när ett vågtåg möter en vågkamm, vågorna i den första och andra vattenkontakten avbryter varandra, vilket resulterar i vad som kallas ett interferensmönster.

Forskarna mätte interferensmönstret för den första utkastade elektronen med hjälp av COLTRIMS reaktionsmikroskop, en apparat som Dörner hjälpt till att utveckla och som synliggör ultrasnabba reaktionsprocesser i atomer och molekyler. Samtidigt med interferensmönstret, COLTRIMS reaktionsmikroskop möjliggjorde också bestämning av vätemolekylens orientering. Forskarna här utnyttjade det faktum att den andra elektronen också lämnade vätemolekylen, så att de återstående vätekärnorna flög isär och detekterades.

"Eftersom vi visste vätemolekylens rumsliga orientering, vi använde interferensen mellan de två elektronvågorna för att exakt beräkna när fotonen nådde den första och när den nådde den andra väteatomen, "förklarar Sven Grundmann vars doktorsavhandling ligger till grund för den vetenskapliga artikeln i Science." Och detta är upp till 247 zeptosekunder, beroende på hur långt ifrån varandra i molekylen de två atomerna var från ljusets perspektiv. "

Professor Reinhard Dörner tillägger:"Vi observerade för första gången att elektronskalet i en molekyl inte reagerar på ljus överallt samtidigt. Tidsfördröjningen uppstår eftersom information i molekylen bara sprider sig med ljusets hastighet. Med denna upptäckt vi har utökat vår COLTRIMS -teknik till en annan applikation. "