Keltaisella merkitty fotoni tulee vasemmalta kohti kahta vetyatomia, joiden ydin on merkitty punaisella pisteellä. Fotoni synnyttää elektronipilvessä (harmaa) aaltoja. Niiden kuviosta tutkijat voivat laskea, miten nopeasti fotoni kulkee vetyatomista toiseen. Havainnekuva: Sven Grundmann/Goethe University Frankfurt
Keltaisella merkitty fotoni tulee vasemmalta kohti kahta vetyatomia, joiden ydin on merkitty punaisella pisteellä. Fotoni synnyttää elektronipilvessä (harmaa) aaltoja. Niiden kuviosta tutkijat voivat laskea, miten nopeasti fotoni kulkee vetyatomista toiseen. Havainnekuva: Sven Grundmann/Goethe University Frankfurt

Valo sujahtaa vetymolekyylin läpi 247 zeptosekunnissa.

Kun lasersäde osuu yksittäiseen pikkuruiseen vetymolekyyliin, se kimpauttaa elektronin irti kiertoradaltaan. Viuh! Sitten säde kulkee molekyylin läpi ja tönäisee pois toisenkin elektronin. Tsiuh!

Tämä käy niin nopeasti, ettei arkijärki kykene sitä käsittämään. Nyt tutkijat ovat mitanneet tämän ajan – siis ajan, joka valolta kestää kulkea yhden vetymolekyylin läpi.

Se on täsmälleen 247 zeptosekuntia. Zeptosekunti on erittäin pieni aikayksikkö, sekunnin triljoonasosan murto-osa.

Sisältö jatkuu mainoksen jälkeen

Valon luikahdus vetymolekyylin läpi on nopein tapahtuma, jonka ihminen on toistaiseksi kyennyt näkemään. Saksalaiset tutkijat onnistuvat nyt mittaamaan tällaisen atomitason salaman.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Aurinkokennojen toiminta perustuu juuri tähän niin sanottuun valosähköiseen ilmiöön. Kun valonsäteen fotoni osuu aurinkopaneeliin, se törmää elektroniin, joka latautuu ja singahtaa irti atominsa kiertoradalta. Siitä elektroni uiskentelee akkuun. Valo muuttuu sähköksi, ja nyt tutkijat periaatteessa tallensivat tämän tapahtuman.

Max Planck -instituutin ja Frankfurtin Goethe-yliopiston tutkijoiden läpimurto nopeusmittauksessa on julkaistu Science-tiedelehdessä.

Saavutus avaa uudenlaisen kurkistusaukon kvanttimaailmaan. Jotta sitä ymmärtäisi, täytyy aikaa hieman suhteuttaa.

Ihmisten maailma liikkuu nopeimmillaan sekunneissa ja sekunnin tuhannesosissa eli millisekunneissa. Ihmisen silmänräpäys kestää parisataa millisekuntia, siis pari sekunnin kymmenystä.

Valo kulkee 30 senttimetriä yhdessä nanosekunnissa, siis sekunnin miljardisosassa. Tästäkin aika pilkkoutuu vielä paljon pienempiin yksiköihin.

Kun tutkijat pääsivät ensi kertaa kurkistamaan femtosekuntien mittaisiin tapahtumiin molekyylien sisällä, se oli läpimurto. Tässä ajassa molekyylisidokset muodostuvat ja rikkoutuvat.

Yksi femtosekunti on niin pieni sekunnin murto-osa, että siinä on jo 15 nollaa. Se on siis sekunnin miljoonasosan miljoonasosan tuhannesosa.

Molekyylisidosten poksumisen femtosekuntien aikaskaalalla havaitsi nopeiden laserien avulla ensi kertaa egyptiläissyntyinen kemisti Ahmed Zewail, joka sai työstään kemian Nobelin palkinnon vuonna 1999.

Nyt tutkijat mittasivat siis paljon, paljon nopeamman tapahtuman.

Zeptosekunti on femtosekunnin miljoonasosa. Siinä on pilkun perässä 21 desimaalia. Se on vähemmän kuin sekunnin triljoonasosa. Zeptosekunti on sekunnin miljardisosan miljardisosan tuhannesosa.

Zeptosekunti on aika, jossa atomi räpäyttää silmiään.

Kokeessa tutkijat ampuivat röntgenlaserilla vetykaasuun, jossa vety on molekyylimuodossa H2. Yhdessä molekyylissä on siis kaksi vetyatomia, ja kummassakin atomissa yksi elektroni.

Voimakkaan lasersäteen valohiukkanen eli fotoni törmäsi elektroniin ja kimpautti sen kokonaan irti ensimmäisen vetyatomin kiertoradalta. Sitten fotoni törmäsi elektroniin molekyylin toisella puolella.

Hyvin tarkalla mittalaitteella tutkijat pystyivät mittaamaan näiden kahden elektroniosuman välisen ajan. Siis ajan, joka valolta kestää kulkea tämän yhden vetymolekyylin läpi.

Oikeammin he mittasivat aaltokuviota, joka fotonin ja elektronin törmäyksestä syntyy.

Tässä päädytään sen kvanttifysikaalisen tosiasian äärelle, että valo on samaan aikaan sekä aalto että hiukkanen. Arkijärjellä sitä on vaikea sisäistää, mutta tutkijat havainnollistavat tätä vertauksella leipien heittelystä.

Kun viskaat kiven sopivassa kulmassa järven pintaan, se lätsähtää veteen ja kimpoaa ylös, viistää pintaa hetken ja lätsähtää taas. Kummastakin osumasta syntyy aaltoja.

Kun nämä sitten aallot törmäävät toisiinsa ja liplattavat ristikkäin, syntyy interferenssikuvio. Tämä kuvio voidaan mitata ja siitä voidaan laskea aika, jonka valo kulki vetymolekyylin läpi.

Vanhempi yliopistonlehtori Jani-Petri Martikainen Aalto-yliopistosta pitää tuoretta tutkimusta kovatasoisena.

”Itse olin eniten vaikuttunut siitä, että oli teknisesti mahdollista päästä tähän. Mittaustekniikassa ollaan edetty niin pitkälle, että tällainen koejärjestely ja tulos ovat mahdollisia”, Martikainen sanoo.

Hän työskentelee sovelletun fysiikan laitoksella ja tutkii itse kylmiä kvanttikaasuja ja plasmoniikkaa.

Saksalaistutkijat markkinoivat uuden tutkimuksensa tuloksia nopeusennätyksellä. Martikaisen mielestä se ei ole olennaisin saavutus.

”Tässä pystyttiin nyt mittaamaan se, kummalla puolella vetymolekyyliä ionisaatio on tapahtunut. Vanhaan aikaan se olisi ollut täysin mahdotonta”.

Ionisaatio tarkoittaa sitä, kun fotoni sinkauttaa elektronin irti atomista.

”Tavallaan tämä on kaksoisrakokoe maailman pienimmässä systeemissä. Valon ja aineen vuorovaikutusta kyettiin mittaamaan entistä tarkemmin”, Martikainen sanoo.

Kaksoisrakokoe on kuuluisa testi, joka osoittaa valon olevan yhtä aikaa sekä aalto että hiukkanen.

JPI
Seuraa 
Viestejä30672

111 kirjoitti:
Täältä vaan kommentit poistetaan.

Mikäs näissä minun kommenteissa niin pelottaa, että pitää poistattamalla poistattaa?!?

🤔


Ei niissä mikään pelota, ne naurattivat aikoinaan, mutta nykyään ne korkeintaan ärsyttävät ja häiritsevät keskustelua.

3³+4³+5³=6³

OJP.
Seuraa 
Viestejä1392

  - - Niin , siis sähkömagneettisen  vuorovaikutuksen välittäjä hiukkanen on fotoni.

 Kun on teknisesti kyetty mittaamaan  fotonin molekyylin läpäisevä vuorovaikutus  em. zeptosekunnissa  (sekunnin triljoonas - osa) niin  ei voi muuta kuin ihmetellä  mittauksen onnistumista.

Sovelluksista  mainittakoon lääketieteen alalta silmien hoito laserilla  pyrittäessä avaaman  silmän painetta aiheuttavia nestevirtauksia  esim  glaukoma   tapauksissa.

Osmo, Otto, Juhani Päivinen

Sisältö jatkuu mainoksen alla