Lo zeptosecondo è l’unità di tempo più breve mai misurata. Corrisponde a un trilionesimo di miliardesimo di secondo, ma questo è un concetto abbastanza astratto, proviamo a definirlo meglio.
Non sappiamo cosa sia il tempo, se non ci fosse qualcuno a misurarlo esso esisterebbe?
L’uomo si interroga da millenni sul suo significato ma ancora non ha trovato una risposta. Il tempo è una dimensione che viene utilizzata per scandire gli eventi, per distinguere il passato, il presente e il futuro. Oggi il tempo ha una sua unità di misura: il secondo, che è la base per misure più ampie o infinitamente più piccole.
Lo scorrere del tempo e i suoi paradossi sono stati studiati fin dall’antichità classica, da Zenone, con il paradosso che sfidava la nozione del tempo con l’esempio di Achille e la tartaruga secondo il quale Achille non l’avrebbe mai raggiunta.
Platone invece definiva il tempo come “l’immagine mobile dell’eternità“, mentre per Aristotele il tempo è sia la misura del movimento secondo il “prima” e il “poi” sia il “senso del divenire secondo il prima e il poi”, affermando che lo spazio è necessario per definire il tempo e quest’ultimo definisce ciò che è materiale e ciò che è divino poiché quelle divine sono soggette all’unicità e all’incorruttibilità.
Per Kant tempo e spazio sono modi con i quali organizziamo il materiale di percezione, sono forme conoscitive e le sensazioni che noi proviamo sono messe in successione nello spazio e nell’interiorità. Il tempo ha condizionato la nostra vita dalle nostre origini e abbiamo sempre avuto la necessità di misurarlo.
Scandire il tempo
Ogni giorno della nostra vita è costituito da 24 ore, cioé 1440 minuti o 86400 secondi e i secondi stessi possono essere suddivisi in unità di tempo ancora più piccole.
Il secondo ha dei sottomultipli quali: millisecondo (10−6 µs), microsecondo (10−6 µs), nanosecondo (10−9 ns), picosecondo (10−12 ps), femtosecondo (10−15 fs), attosecondo (10−18 as), zeptosecondo (10−21 zs), e yoctosecondo (10−24ys)
Gli scienziati hanno misurato lo zeptosecondo (pari a 10^-21 secondi): Il tempo impiegato da una particella leggera per attraversare una molecola di idrogeno. Il tempo di attraversamento per la cronaca è stato di 247 zeptosecondi. Uno zeptosecondo è un trilionesimo di miliardesimo di secondo, o un punto decimale seguito da 21 zeri e da un 1.
Nel 2016 i ricercatori avevano già pubblicato sulla rivista Nature Physics uno studio sulla misurazione di intervalli di tempo di zeptosecondi utilizzando un laser per misurare il tempo con incrementi fino a 850 zeptosecondi. Un notevole passo in avanti rispetto al lavoro del vincitore del Nobel del 1999 che misurava per la prima volta il tempo in femtosecondi, che sono milionesimi di miliardesimo di secondo.
Devono passare femtosecondi affinché i legami chimici si rompano o si formino, ma devono trascorrere zeptosecondi perché la luce attraversi una singola molecola di idrogeno (H2). Per misurare questo brevissimo tragitto, il fisico Reinhard Dörner della Goethe University in Germania ei suoi colleghi hanno PETRA III al Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), un acceleratore di particelle ad Amburgo che utilizza i raggi X.
Per cacolare la durata di uno zeptosecondo, i ricercatori hanno calibrato l’energia dei raggi X facendo si che un fotone espellesse i due elettroni dalla molecola di idrogeno (una molecola di idrogeno è composta da due protoni e due elettroni). Il fotone ha fatto rimbalzare prima un elettrone fuori dalla molecola, e poi l’altro, un po’ come un sassolino che salta sulla superficie di uno stagno.
Queste interazioni hanno creato un modello d’onda chiamato modello di interferenza, che Dörner e i suoi colleghi potevano misurare con uno strumento chiamato microscopio a reazione Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy (COLTRIMS). Questo strumento è essenzialmente un rilevatore di particelle molto sensibile in grado di registrare reazioni atomiche e molecolari estremamente veloci. Il microscopio COLTRIMS ha registrato sia il pattern di interferenza che la posizione della molecola di idrogeno durante l’interazione.
“Poiché conoscevamo l’orientamento spaziale della molecola di idrogeno , abbiamo utilizzato l’interferenza delle due onde elettroniche per calcolare con precisione quando il fotone ha raggiunto il primo e quando ha raggiunto il secondo atomo di idrogeno“, ha affermato Sven Grundmann, coautore dello studio presso l’Università di Rostock in Germania.
Duecentoquarantasette zeptosecondi, con un certo margine di manovra a seconda della distanza tra gli atomi di idrogeno all’interno della molecola nel momento preciso in cui il fotone è passato. La misurazione sta essenzialmente registrando la velocità della luce all’interno della molecola.
“Abbiamo osservato per la prima volta che il guscio dove orbita un elettrone in una molecola non reagisce alla luce ovunque nello stesso momento“, ha detto Dörner nella dichiarazione. “Il ritardo si verifica perché le informazioni all’interno della molecola si diffondono solo alla velocità della luce”.
I risultati sono disponibili sulla rivista Science.
