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Découvrez la zeptoseconde, l’unité de temps la plus courte jamais mesurée

Crédits : geralt/pixabay

Une équipe de chercheurs annonce avoir mesuré le temps qu’il faut à un photon pour traverser une molécule d’hydrogène : 247 zeptosecondes. À titre d’information, une zeptoseconde équivaut à un billionième de milliardième de seconde.

En 1999, le chimiste égyptien Ahmed Zewail recevait le prix Nobel pour avoir mesuré la vitesse à laquelle les molécules changent de forme grâce à des flashs laser ultra-courts. Nous avions alors fait connaissance avec les femtosecondes. Pour mettre cela en perspective, une femtoseconde équivaut à 0,00000000000000001 seconde.

Plus récemment, des physiciens de l’Université Goethe (Allemagne) ont étudié un processus encore plus court : le temps qu’il faut à un photon pour traverser une molécule d’hydrogène (constituée de deux protons et de deux électrons). Ces travaux ont été publiés dans la revue Science.

Après la femtoseconde, la zeptoseconde

Pour mesurer ce processus, le physicien Reinhard Dörner et son équipe ont irradié cette molécule de rayons X dans le PETRA III au Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), un accélérateur de particules situé à Hambourg. Les chercheurs ont réglé l’énergie des rayons X de sorte qu’un seul photon, ou particule de lumière, élimine les deux électrons de la molécule d’hydrogène.

Le photon a éjecté un premier électron hors de la molécule. Étant donné que les électrons se comportent à la fois comme des particules et des ondes, cette éjection du premier électron a libéré des ondes qui ont ensuite entraîné la libération du second électron. Ces interactions ont créé un motif d’onde appelé “motif d’interférence”, que les chercheurs ont pu mesurer.

Concrètement, et de manière très simplifiée, les physiciens ont pu calculer précisément quand le photon a atteint le premier et quand il a atteint le deuxième électron grâce à un “microscope à réaction COLTRIMS” (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy). Cet outil est essentiellement un détecteur de particules hautement sensible capable d’enregistrer des réactions atomiques et moléculaires très rapides.

Zeptoseconde
Une particule lumineuse, appelée photon (flèche jaune), génère des ondes électroniques à partir d’un nuage d’électrons (marron-gris) d’une molécule d’hydrogène. Le résultat de ces interactions est ce que l’on appelle un motif d’interférence (violet-blanc). Le motif d’interférence est légèrement incliné vers la droite. C’est ce qui a permis aux chercheurs de calculer le temps nécessaire au photon pour se déplacer d’un atome à l’autre. Crédits : Sven Grundmann, Université Goethe de Francfort

Ce temps ? 247 zeptosecondes. À titre d’information, une zeptoseconde est une billionième de milliardième de seconde (10^-21 seconde). Il s’agit de la période la plus courte qui a été mesurée avec succès à ce jour.