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  • Bianca Leroiz

Zeptosegundo: a menor unidade de tempo já medida

Você acha que um segundo passa rápido demais? Então, imagine quão rápido a bilionésima parte de um bilionésimo de segundo pode passar. Um zero e uma vírgula seguidos por 20 zeros e um 1 (0,000000000000000000001 segundo) é a menor unidade de tempo já registrada até hoje, e os cientistas a chamam de zeptosegundo.


Mas o que pode ser medido em zeptosegundos? Bom, o físico Reinhard Dörner e seus colegas da Universidade Goethe em Frankfurt, na Alemanha, encontraram a resposta na luz.





Dörner e sua equipe fizeram história calculando pela primeira vez o tempo que uma partícula de luz leva para passar uma molécula de hidrogênio (H2), que é de 247 zeptosegundos, para ser exato, de acordo com os resultados de seu trabalho, publicado na revista Science.


Para medir esse fragmento de tempo, eles pegaram raios-X do Petra 3, um acelerador de partículas em Hamburgo, e observaram o tempo que o fóton (uma partícula de luz) leva para viajar de um átomo a outro.


"Observamos pela primeira vez que a camada de elétrons de uma molécula não reage à luz em todas as partes ao mesmo tempo", disse Dörner em comunicado.


Ao fixar a energia dos raios-X, os pesquisadores fizeram um fóton eliminar os dois elétrons da molécula de hidrogênio (que tem dois prótons e dois elétrons). O fóton rebateu os elétrons para fora da molécula como uma pedra rebatendo na água de um lago, criando um padrão de onda denominado padrão de interferência.


"Usamos a interferência das duas ondas de elétrons para calcular com precisão quando o fóton atingiu o primeiro átomo de hidrogênio e quando atingiu o segundo", disse Sven Grundmann, coautor do estudo na Universidade de Rostock, na Alemanha, em um comunicado.


Graças a um microscópio especial, um detector de partículas altamente sensível capaz de registrar reações atômicas e moleculares extremamente rápidas, Dörner e sua equipe registraram o tempo que leva para tal interferência ocorrer.


No entanto, a descoberta do zeptosegundo não é nova. Vamos entender:


Em 2016, os pesquisadores usaram lasers para medir o tempo de até 850 zeptosegundos, de acordo com a revista científica Nature Physics.


Essa precisão foi um avanço em relação ao trabalho do ganhador do Prêmio Nobel de 1999 Ahmed H. Zewail, um químico egípcio-americano e professor universitário que usou flashes de raio laser para medir o tempo em femtossegundos.


FEMTOSSEGUNDO?


Um femtossegundo é um intervalo de tempo equivalente a 10-15 segundos, ou seja, 0,000000000000001 segundo, ou a milésima parte de um bilionésimo de segundo.

Agora sabemos que são necessários femtossegundos para que as ligações químicas se quebrem e se formem, mas leva zeptosegundos para a luz viajar através de uma única molécula de hidrogênio.


Pois, de acordo com Rebecca Boyle, do portal New Scientist, uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Planck, na Alemanha, conseguiu medir um evento atômico usando o zeptosegundo como referência. Mais precisamente, os cientistas registraram quanto tempo um elétron demorou para deixar um átomo de hélio.


O zeptosegundo corresponde à menor divisão de tempo já registrada, e os pesquisadores conseguiram essa proeza durante um experimento chamado fotoionização. Na verdade, o objetivo era testar um efeito proposto por Albert Einstein conhecido como Efeito Fotoelétrico — que rendeu ao gênio alemão o Nobel de Física —, que ocorre quando partículas de luz (os fótons) atingem os elétrons que orbitam ao redor de um átomo.


De acordo com a mecânica quântica, durante o efeito fotoelétrico, a energia dos fótons pode ser absorvida completamente por um único elétron ou compartilhada entre vários deles. No entanto, até agora não havia sido possível estudar esse processo detalhadamente, e os cientistas só tinham conseguido medir o que acontece com o elétron depois de ele abandonar seu átomo.




O que os pesquisadores do Instituto Max Planck fizeram foi medir com precisão o ínfimo intervalo de tempo que precede a ejeção do elétron. Para isso, primeiro os cientistas usaram um pulso de luz ultravioleta supercurto com duração entre 100 e 200 attosegundos — que equivale a 10-18 de segundo — para excitar os dois elétrons que orbitam ao redor de um átomo de hélio.


Depois, os pesquisadores atingiram o mesmo átomo com um pulso de laser infravermelho por quatro femtosegundos (que equivale a 10-15 de segundo) e observaram que o elétron levou entre 7 e 20 attosegundos para ser “ejetado” de sua órbita — dependendo de sua interação com o núcleo do átomo e o outro elétron.


Pois esse pulso permitiu que os cientistas detectassem e medissem a ejeção do elétron com uma taxa de precisão de 850 zeptosegundos. Agora você deve estar se perguntando do porquê dessa medição ser tão importante, não é mesmo?


Veja bem, a significância dos experimentos é que eles permitirão que pesquisadores possam observar o comportamento quântico dos átomos e elétrons. E quando o funcionamento dessas minúsculas porções da matéria seja compreendido, esse conhecimento permitirá avanços e, tecnologias como, por exemplo, a energia nuclear, a computação quântica e a supercondutividade. Interessante, né?!





Fonte: BBC News, Mega Curioso

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