Cientistas quebram recorde com a menor unidade de tempo já medida no mundo

Em um estudo recente realizado por cientistas da Goethe University, na Alemanha, pesquisadores analisaram o tempo que uma partícula de luz leva para atravessar uma molécula de hidrogênio. O resultado, em zeptossegundos, representa a menor unidade de tempo já mensurada. Para comparação, um femtosegundo equivale a 10ˉ¹⁴ segundos.

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No caso da molécula de hidrogênio, foram necessários 247 zeptossegundos para que ela fosse atravessada por um fóton — nisso, cada zeptossegundo é um trilionésimo de bilionésimo de segundo, ou uma casa decimal seguido por 20 zeros e um 1. Essa não é a primeira vez que os pesquisadores têm contato com os zeptossegundos, já que, em 2016, foi publicado um artigo sobre um estudo em que lasers foram usados para medir o tempo, que resultou em 850 zeptossegundos. A precisão da medida é surpreendente, pois o químico Ahmed Zewail, laureado com o prêmio Nobel de 1999, conseguiu medir o tempo em femtossegundos pela primeira vez.

Acontece que as ligações químicas levam femtossegundos para se quebrarem e se formarem, mas a luz precisa de zeptossegundos para viajar através de uma só molécula de hidrogênio. Para medir essa viagem tão curta, o físico Reinhard Dörner, da Goethe University, disparou junto de sua equipe raios-X do síncrotron PETRA III no acelerador de partículas Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY). Os pesquisadores estabeleceram a energia dos raios-X para que um só próton ou partícula de luz pudessem remover os dois elétrons presentes na molécula de hidrogênio. Com o fóton, um elétron pulou para fora da molécula, enquanto o outro se deslocou como uma pedra pulando na superfície de um lago.

Essas interações geraram um padrão de interferência, que é o padrão de ondas que Dörner e seus colegas mediram com o microscópio Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy (COLTRIMS). Trata-se de um detector de partícula bastante sensível que conseguiu registrar tanto o padrão de interferência quanto a posição da molécula de hidrogênio através da interação. "Já que nós sabíamos a orientação espacial da molécula de hidrogênio, usamos a interferências das duas ondas do elétron para calcular com precisão quando o fóton atingiu o primeiro e quando atingiu o segundo átomo de hidrogênio", disse Sven Grundmann, líder do estudo. 

O tempo em questão são os 247 zeptossegundos, tempo que depende da distância que os átomos tinham entre si da perspectiva da luz. Então, é como se essa medida capturasse a velocidade da luz no interior da molécula. "Nós observamos pela primeira vez que o escuro de elétrons em uma molécula não reage à luz em todos os lugares ao mesmo tempo", explica Dörner. "O atraso acontece porque a informação da molécula se espalha na velocidade da luz".

O pesquisador observa que, na verdade, o comprimento da molécula de hidrogênio era tão conhecido quanto a velocidade da luz, e era possível calcular que o fóton leva 247 zeptossegundos para atravessar a molécula, só que esse tempo nunca foi medido antes porque não havia relógio adequado. "Nossa medida registrou o menor período de tempo já medido", finaliza ele. É possível que experimentos futuros possam captar medidas ainda menores de tempo, revelando mais sobre os mistérios da física que acontece nos átomos e moléculas. Grundmann observou que a equipe ainda quer continuar dando contribuições experimentais, e têm planos para outras moléculas gasosas, líquidas e sólidas para testarem a propagação da luz na matéria. "Espero que este estudo contribua para a discussão sobre o tempo e nos ajude a entendê-lo melhor".

Os resultados do estudo foram publicados na revista Science.

Fonte: LiveScience, Goethe Universität, VICE