{"id":46789,"date":"2020-10-16T10:00:00","date_gmt":"2020-10-16T08:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=46789"},"modified":"2020-10-28T08:47:59","modified_gmt":"2020-10-28T07:47:59","slug":"physik-zepto-sekunden-neuer-weltrekord-in-kurzzeit-messung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/physik-zepto-sekunden-neuer-weltrekord-in-kurzzeit-messung\/","title":{"rendered":"Physik \/ Zepto-Sekunden: Neuer Weltrekord in Kurzzeit-Messung"},"content":{"rendered":"<p><strong>Im weltweiten Wettlauf um die Messung der k\u00fcrzesten Zeitspanne liegen jetzt Physikerinnen und Physiker der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt vorn. Zusammen mit Kollegen des Beschleunigerzentrums DESY in Hamburg und des Fritz-Haber-Instituts in Berlin haben sie erstmals einen Vorgang vermessen, der im Bereich von Zeptosekunden liegt: die Ausbreitung von Licht innerhalb eines Molek\u00fcls. Eine Zeptosekunde ist ein Billionstel einer Milliardstel Sekunde (10-21 Sekunden).<\/strong><\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" width=\"650\" height=\"650\" src=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/beitrag_zeitmessung_zepto_teaser_2_0.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-46779\" srcset=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/beitrag_zeitmessung_zepto_teaser_2_0.jpg 650w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/beitrag_zeitmessung_zepto_teaser_2_0-300x300.jpg 300w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2020\/10\/beitrag_zeitmessung_zepto_teaser_2_0-150x150.jpg 150w\" sizes=\"(max-width: 650px) 100vw, 650px\" \/><figcaption><em style=\"font-size:14px\"> Schematische Darstellung der Zeptosekunden Messung. Das Photon (gelb, von links kommend) erzeugt aus der Elektronenwolke (grau) des Wasserstoffmolek\u00fcls (rot:Atomkerne) heraus Elektronenwellen, die interferieren (Interferenzmuster: violett-wei\u00df). Das Interferenzmuster ist ein wenig nach rechts verzerrt, woraus sich ausrechnen l\u00e4sst, wie lange das Photon von einem Atom zum anderen ben\u00f6tigt hat. (Bild: Sven Grundmann, Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>F\u00fcr die Vermessung der Geschwindigkeit, in der Molek\u00fcle schwingen, erhielt der \u00e4gyptische Chemiker Ahmed Zewail 1999 den Nobelpreis. Mithilfe von ultrakurzen Laserblitzen begr\u00fcndete er die Femtochemie: Wenn sich chemische Bindungen bilden und zerbrechen, geschieht das im Bereich von Femtosekunden. Eine Femtosekunde entspricht 0,000000000000001 Sekunden oder 10-15 Sekunden. <\/p>\n\n\n\n<p>Atomphysiker der Goethe-Universit\u00e4t um Prof. Reinhard D\u00f6rner haben jetzt erstmals einen Vorgang untersucht, der noch um Gr\u00f6\u00dfenordnungen k\u00fcrzer ist als Femtosekunden: Sie verma\u00dfen, wie lange es dauert, bis ein Lichtteilchen (Photon) ein Wasserstoffmolek\u00fcl durchquert hat, n\u00e4mlich etwa 247 Zeptosekunden bei der durchschnittlichen Bindungsl\u00e4nge des Molek\u00fcls. Dies ist die k\u00fcrzeste Zeitspanne, die bisher gemessen werden konnte.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Zeitmessung nahmen die Wissenschaftler an Wasserstoff-Molek\u00fclen (H2) vor, die sie mit R\u00f6ntgenlicht der R\u00f6ntgenstrahlungsquelle PETRA III am Hamburger Beschleunigerzentrum DESY bestrahlten. Die Energie der R\u00f6ntgenstrahlen stellten die Forscher so ein, dass ein Photon gen\u00fcgte, um beide Elektronen kurz hintereinander aus dem Wasserstoff-Molek\u00fcl herauszuschlagen. <\/p>\n\n\n\n<p>Elektronen verhalten sich gleichzeitig wie Teilchen und Wellen, und so entstanden beim Herausschlagen des ersten Elektrons kurz hintereinander erst bei dem einen und dann bei dem zweiten Atom des Wasserstoffmolek\u00fcle Elektronenwellen, die sich \u00fcberlagerten.<\/p>\n\n\n\n<p>Dabei wirkte das Photon wie ein flacher Kieselstein, den man zweimal \u00fcber das Wasser h\u00fcpfen l\u00e4sst: Die Wellen der ersten und zweiten Wasserber\u00fchrung l\u00f6schen sich gegenseitig aus, wo ein Wellental auf einen Wellenberg trifft: Es entsteht ein sogenanntes Interferenzmuster. <\/p>\n\n\n\n<p>Das Interferenzmuster des ersten herausgeschlagenen Elektrons verma\u00dfen die Wissenschaftler mit dem COLTRIMS-Reaktionsmikroskop, das D\u00f6rner mitentwickelt hat und das ultraschnelle Reaktionsprozesse von Atomen und Molek\u00fclen sichtbar machen kann. Gleichzeitig mit dem Interferenzmuster konnte mit dem COLTRIMS-Reaktionsmikroskop bestimmt werden, in welcher Orientierung sich das Wasserstoff-Molek\u00fcl befunden hatte. Hier machten es sich die Forscher zunutze, dass das zweite Elektron ebenfalls das Wasserstoffmolek\u00fcl verlie\u00df und so die verbliebenen Wasserstoffkerne auseinanderflogen und detektiert werden konnten.<\/p>\n\n\n\n<p>\u201eDa wir die r\u00e4umliche Orientierung des Wasserstoffmolek\u00fcls kannten, konnten wir aus der Interferenz der beiden Elektronenwellen sehr genau errechnen, wann das Photon das erste und wann es das zweite Wasserstoffatom erreicht hatte\u201c, erkl\u00e4rt Sven Grundmann, auf dessen Doktorarbeit der wissenschaftliche Aufsatz in Science beruht. \u201eUnd das sind bis zu 247 Zeptosekunden, je nachdem, wie weit die beiden Atome im Molek\u00fcl gerade aus Sicht des Lichts voneinander entfernt waren.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p>Prof. Reinhard D\u00f6rner erl\u00e4utert: \u201eWas wir jetzt erstmals beobachten konnten ist, dass die Elektronenh\u00fclle in einem Molek\u00fcl nicht \u00fcberall gleichzeitig auf Licht reagiert. Die Zeitverz\u00f6gerung kommt dadurch zustande, dass sich die Information im Molek\u00fcle eben nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Damit haben wir unsere COLTRIMS-Technologie um eine weitere Anwendung erweitert.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-background has-very-light-gray-background-color\"><strong>Publikation:<\/strong> Sven Grundmann, Daniel Trabert, Kilian Fehre, Nico Strenger, Andreas Pier, Leon Kaiser, Max Kircher, Miriam Weller, Sebastian Eckart, Lothar Ph. H. Schmidt, Florian Trinter, Till Jahnke, Markus S. Sch\u00f6ffler, Reinhard D\u00f6rner: Zeptosecond Birth Time Delay in Molecular Photoionization. Science <a href=\"https:\/\/science.sciencemag.org\/cgi\/doi\/10.1126\/science.abb9318\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\" aria-label=\"https:\/\/science.sciencemag.org\/cgi\/doi\/10.1126\/science.abb9318 (\u00f6ffnet in einem neuem Tab)\">https:\/\/science.sciencemag.org\/cgi\/doi\/10.1126\/science.abb9318<\/a><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Im weltweiten Wettlauf um die Messung der k\u00fcrzesten Zeitspanne liegen jetzt Physikerinnen und Physiker der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt vorn. 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