En 1999, le chimiste égyptien Ahmed Zewail a reçu le prix Nobel pour avoir mesuré la vitesse à laquelle les molécules changent de forme. Il a fondé la femtochimie utilisant des flashs laser ultracourts :la formation et la rupture des liaisons chimiques se produisent dans le domaine des femtosecondes.

Maintenant, des physiciens atomiques de l'université Goethe dans l'équipe du professeur Reinhard Dörner ont pour la première fois étudié un processus dont la magnitude est plus courte que les femtosecondes. Ils ont mesuré le temps qu'il faut à un photon pour traverser une molécule d'hydrogène :environ 247 zeptosecondes pour la longueur de liaison moyenne de la molécule. Il s'agit de la durée la plus courte qui a été mesurée avec succès à ce jour.

Les scientifiques ont effectué la mesure du temps sur une molécule d'hydrogène (H 2 ) qu'ils ont irradiés avec les rayons X de la source laser à rayons X PETRA III de l'accélérateur DESY de Hambourg. Les chercheurs ont réglé l'énergie des rayons X de sorte qu'un photon soit suffisant pour éjecter les deux électrons hors de la molécule d'hydrogène.

Les électrons se comportent simultanément comme des particules et des ondes, et donc l'éjection du premier électron a entraîné des ondes d'électrons lancées en premier dans l'un, puis dans le deuxième atome de molécule d'hydrogène en succession rapide, avec les vagues qui se confondent.

Le photon s'est comporté ici un peu comme un caillou plat qui est effleuré deux fois sur l'eau :lorsqu'un creux de vague rencontre une crête de vague, les vagues du premier et du deuxième contact avec l'eau s'annulent, résultant en ce qu'on appelle une figure d'interférence.

Les scientifiques ont mesuré la figure d'interférence du premier électron éjecté à l'aide du microscope à réaction COLTRIMS, un appareil que Dörner a aidé à développer et qui rend visibles les processus de réaction ultrarapides dans les atomes et les molécules. Simultanément à la figure d'interférence, le microscope des réactions COLTRIMS a également permis de déterminer l'orientation de la molécule d'hydrogène. Les chercheurs ont profité du fait que le deuxième électron a également quitté la molécule d'hydrogène, de sorte que les noyaux d'hydrogène restants se sont détachés et ont été détectés.

"Comme nous connaissions l'orientation spatiale de la molécule d'hydrogène, nous avons utilisé l'interférence des deux ondes électroniques pour calculer précisément quand le photon a atteint le premier et quand il a atteint le deuxième atome d'hydrogène, " explique Sven Grundmann dont la thèse de doctorat constitue la base de l'article scientifique dans Science. " Et cela fait jusqu'à 247 zeptosecondes, selon à quelle distance dans la molécule les deux atomes étaient du point de vue de la lumière.

Le professeur Reinhard Dörner ajoute :« Nous avons observé pour la première fois que la couche électronique d'une molécule ne réagit pas à la lumière partout en même temps. Le délai se produit parce que l'information à l'intérieur de la molécule ne se propage qu'à la vitesse de la lumière. Avec cette découverte nous avons étendu notre technologie COLTRIMS à une autre application."