科学家测量出史上最短时间单位:247仄秒,1秒对它来说像是亿万年

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最近科学家已经测量出了历史上最短的时间单位:一个光粒子穿过一个氢分子所需要的时间。

实际上,在日常生活中,我们通常以秒作为最小的计时单位,我们在一呼一吸之间所用的时间通常都有好几秒。而在体育比赛中,比如百米赛跑所用的时间精确到1%秒。

但这也并不是最小的时间单位,秒之后还有毫秒(ms)、微秒(s)、纳秒(ns)、皮秒(ps)、飞秒(fs)、阿秒(as)、仄秒(zs)。

而最小的时间单位是普朗克时间,是光在真空里飞过一个普朗克长度所需的时间,大约是5.4X10^-44秒,理论上这是最小的可测量时间间隔。但目前人类尚无法达到这一高度。

在远古时期,人类首先依靠日出日落来计时,有了沙漏等计时器后,可以将时间精确到分;到了现代,钟表的出现让我们知晓秒的存在,而随着现代高科技的迅猛发展,人类已经可以测量更短的时间间隔。

1999年因“利用飞秒分光分析研究化学反应迁移状态”的杰出贡献,美国化学奖艾哈迈德·哈桑·泽韦尔独享当年的诺贝尔化学奖。值得一提的是,飞秒是秒的一千万亿分之一。2016年,研究人员在《自然物理》(Nature Physics)杂志上发表报告称,他们使用激光来测量时间,测量到了最短的时间间隔--850仄秒(一仄秒是10^-21秒)。

而最近,科学家测量出了比这更小的时间间隔,即一个光粒子穿过一个氢分子所需要的时间,为是247仄秒(zeptossecond)。

化学键的断裂和形成需要用飞秒计算,而光穿过一个氢分子则需要用仄秒计算。为了测量这一转瞬即逝的时刻,德国歌德大学的物理学家Reinhard Drner和他的同事们从德国电力同步加速器(Deutsches Elektronen-Synchrotron,一个位于汉堡的粒子加速器)的PETRA III上拍摄X射线。

研究人员设置了X射线的能量,使单个光子或光粒子从氢分子中撞击出两个电子。(一个氢分子由两个质子和两个电子组成。)光子先把一个电子弹出,接着弹出另一个。这些相互作用产生了一种被称为干涉图案的波,Drner和他的同事可以用一种叫做冷目标反冲离子动量光谱(COLTRIMS)反应显微镜的工具来测量。这个工具本质上是一个非常敏感的粒子探测器,可以记录极快的原子和分子反应。COLTRIMS显微镜记录了干涉模式和整个相互作用过程中氢分子的位置。

研究人员称:“由于我们知道了氢分子的空间分布,因此我们使用了两个电子波的干扰来精确计算光子何时到达第一个电子以及何时到达第二个电子。”

最终测量的时间为247仄秒,该测量实质上是捕获分子中光的速度。研究人员还表示:“我们第一次观察到,分子中的电子壳层不会同时在任意地方对光发生反应。之所以会出现时间延迟,是因为分子内的信息仅以光速传播。”

研究结果发表在10月16日的《科学》(Science)杂志上。

【编译/前瞻经济学人APP资讯组】

参考资料:https://www.livescience.com/zeptosecond-shortest-time-unit-measured.html

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