Grâce à une nouvelle recherche, nous savons désormais combien de temps une particule légère peut prendre pour traverser une molécule d’hydrogène ; soit 247 zeptosecondes, exactement.

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Cette unité est probablement la plus courte unité temporelle jamais enregistrée jusqu’à présent, et elle représente en fait un billionième de milliardième de seconde, autrement-dit, 20 zéros et un 1 après un point décimal.

L’intérêt des scientifiques pour ce domaine n’est pas nouveau. Il remonte à l’année 1999 lorsqu’on avait mesuré le temps, pour la première fois, en femtosecondes, ou millionièmes de milliardièmes de secondes. Ce travail avait alors valu le prix Nobel à son auteur. Puis en 2016, des chercheurs avaient publié un article dans la revue Nature Physics, expliquant qu’ils avaient réussi à mesurer le temps, à l’aide de lasers, par incréments jusqu’à 850 zeptosecondes.

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La comparaison des deux unités a montré que le temps nécessaire à la rupture et la formation d’une liaison chimique s’évalue en femtosecondes, tandis que le passage de la lumière à travers une molécule d’hydrogène est estimé à quelques zeptosecondes.

Une particule de lumière, appelée photon (flèche jaune), produit des ondes électroniques à partir d’un nuage d’électrons (gris) d’une molécule d’hydrogène (rouge: noyau). Le résultat de ces interactions est ce que l’on appelle un motif d’interférence (violet-blanc). Le motif d’interférence est légèrement incliné vers la droite, ce qui permet aux chercheurs de calculer le temps nécessaire au photon pour passer d’un atome à l’autre.
Sven Grundmann/Université Goethe de Francfort

Ce petit voyage a fait l’objet d’une expérience menée par le physicien Reinhard Dörner de l’Université Goethe en Allemagne et ses collègues. L’équipe a fait passer des rayons X du PETRA III vers le Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY). Les rayons avaient reçu une telle énergie qu’un photon, à lui seul, a été suffisamment puissant pour venir à bout des deux électrons de la molécule d’hydrogène.

Cela a produit ce qu’on appelle un motif d’interférence qu’un microscope à réaction (COLTRIMS) était capable de mesurer. Les spécialistes ont ainsi calculé le moment précis où le photon a rejoint chaque atome, en d’autres termes la vitesse de la lumière dans la molécule.

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Les résultats publiés le 16 octobre, dans la revue Science, ont permis aux physiciens de constater que la réponse de la surface électronique moléculaire à la lumière diffère d’un moment à l’autre et d’un endroit à un autre. C’est ce qu’a expliqué Dörner, qui a renvoyé ce déséquilibre au fait que les données de la molécule en question circulent à la vitesse de la lumière.

Cette étude ouvre de nouvelles perspectives en ce qui concerne la conception spatio-temporelle de l’univers ; c’est également un grand pas en avant par rapport aux travaux précédents et une base solide pour de futures expérimentations.


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