Por primera vez, los físicos han medido el menor fragmento de tiempo jamás observado

Físicos han medido exitosamente los cambios en un átomo en el nivel de zeptosegundos (la mil trillonésima parte de un segundo), y el fragmento más pequeño de tiempo que se ha observado.

Con este nuevo nivel de detalle, pudieron medir el proceso entero de un electrón que escapaba de su átomo por primera vez, mediante una prueba del efecto fotoeléctrico de Einstein.

Cuando la luz ataca a los electrones, se excitan y pueden liberarse de sus átomos. La energía del fotón es enteramente consumida por un electrón o dividida entre varios. Esta eyección de electrones es lo que Einstein describió como el efecto fotoeléctrico en 1905.

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Un nuevo nivel de medida

Experimentos previos que estudiaban este efecto solo podían medir lo que sucedía luego de que el electrón era expulsado del átomo. Pero ahora, Martin Schultze y su equipo del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching, Alemania, han podido ver el otro extremo del proceso.

Los científicos midieron la totalidad de la expulsión de electrones de un átomo de helio de principio a fin con precisión de zeptosegundos. Midieron el tiempo que tarda el electrón en cambiar su estado cuántico, desde el estado muy estrecho alrededor del átomo hasta el estado libre.

Eligieron estudiar átomos de helio porque tienen solo dos electrones, es decir que son lo suficientemente complejos como para que puedan medir su comportamiento mecánico cuántico, pero lo suficientemente simple como para detectar algunos patrones en los resultados.

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En el primer conjunto de experimentos, el equipo disparó un pulso láser ultravioleta muy corto en un átomo de helio para excitar a sus dos electrones.

El pulso duró entre 100 a 200 attosegundos (los attosegundos son la trillonésima parte de un segundo), pero haciendo muchas lecturas a través de ese tiempo y calculando su extensión estadística, el equipo pudo reducirlo a un marco de tiempo de 850 zeptosegundos.

Después usaron un pulso láser infrarrojo cercano, que duró 4 femtosegundos (un femtosegundo es la milmillonésima parte de un segundo). Y calcularon que la expulsión de un electrón tomaba entre 7 y 20 attosegundos, dependiendo de cómo el electrón interactuaba con el núcleo y con el otro electrón.

Más información para la comunidad científica

Eso significa que los investigadores finalmente pudieron obtener una idea de cómo los electrones dividieron la energía del láser.

Algunas veces la energía estaba dividida entre los dos electrones y a veces estaba desigual. Mientras que otra veces, un electrón se llevaba toda la energía.

Los científicos sostienen que hay diversos factores que influyen en esa división, como la correlación entre los electrones y el estado electromagnético del campo láser.

Si bien queda mucho por estudiar, los expertos sostienen que esto es un paso emocionante para poder entender el comportamiento cuántico de los átomos y cómo los electrones trabajan de manera individual.

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