La plus petite unité de temps jamais mesurée : la zeptoseconde

L’interaction entre la lumière et la matière éveille actuellement un grand intérêt chez les scientifiques. L’évolution des appareils d’observation permet aujourd’hui aux physiciens de mesurer les temps de réaction les plus rapides. Un microscope à réaction appelé COLTRIMS, l’abréviation pour Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy, permet d’enregistrer les interférences et la position d’une molécule d’hydrogène traversé par un rayon X.

Sven Grundmann de l’université de Rockstock, et Reinhard Dörner de l’université de Goethe, ont voulu « calculer précisément quand le photon a atteint le premier [atome d’hydrogène] et quand il a atteint le deuxième […]». En d’autres termes, il s’agit d’évaluer la vitesse à laquelle la lumière peut traverser la molécule d’hydrogène, qui possède deux atomes.

Une horloge tenue à pleine main

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Un rayon lumineux peut aller de la terre à la lune en une seconde, alors la vitesse qu’il met pour passer à travers une particule est si brève que l’on parle de zeptoseconde.

21 chiffres après la virgule

En 1999, Ahmed Hassan Zewail fut récompensé d’un prix Nobel pour des travaux de chimie sur la formation et la destruction des liaisons chimiques. Ses recherches ont été les premières à utiliser l’unité de mesure du temps en femtosecondes, c’est-à-dire un millionième de milliardième de seconde.

Les physiciens allemands, Grundmann et Dörner, sont encore allés plus loin en utilisant une unité plus petite : un billionième de milliardième de seconde. Si on écrit en chiffre, cela donnerait, après le « zéro virgule », une vingtaine de zéro puis un 1. On appelle cela une zeptoseconde, qui est à ce jour la plus petite division d’une seconde utilisée pour mesurer le temps qui passe.

Le temps nécessaire à la lumière pour traverser une molécule

Ce que les chercheurs ont voulu faire, c’est d’utiliser un photon de rayon X pour éjecter les deux électrons d’une molécule d’hydrogène. Les scientifiques ont eu besoin d’un accélérateur de particules appelé PETRA III, se trouvant au DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) de Hambourg, afin de générer le puissant rayon lumineux.

Il y a une très petite fraction de nanoseconde de décalage, entre le moment où la particule lumineuse atteint le premier atome (T1) et l’instant où elle touche le second (T2). Le COLTRIM étant un détecteur de particules hypersensible, il permet d’observer les réactions atomiques et moléculaires à grande vitesse. L’appareil a permis de déduire qu’entre T1 et T2, il y a environ 247 zeptosecondes.