Cercetătorii de la Universitatea din Toronto, conduși de Daniela Angulo, au dezvăluit un rezultat cuantic ciudat: fotonii, particulele ondulate de lumină pot petrece o perioadă negativă de timp trecând printr-un nor de atomi răciți. Cu alte cuvinte, fotonii pot părea să iasă dintr-un material înainte de a intra în el.
Rezultate fizicienilor au fost publicate pe serverul de preprint arXiv.org. Chiar dacă descoperirea nu a fost încă revizuită de colegi, concluziile oferă o nouă perspectivă asupra modului în care fotonii interacționează cu materia și ridică noi întrebări despre natura timpului în lumea cuantică.
Cercetătorii au obținut rezlutatele după ani de studiu asupra interacțiunii dintre lumină și materie, potrivit Science American.
Aceștia au fost interesați de un fenomen numit excitația atomică. Când fotonii trec printr-un mediu, aceștia pot fi absorbiți de atomii din acel mediu, determinând electronii să sară la nivele de energie mai mari. După un timp, electronii revin la starea inițială, reemitând fotonii și provocând o întârziere în timpul observat al tranzitului luminii prin mediu.
După trei ani de planificare, fizicianului Aefhraim Steinberg a dezvoltat un aparat pentru a teste de laborator. Experimentele lor au implicat tragerea de fotoni printr-un nor de atomi de rubidiu ultrareci și măsurarea gradului rezultat de excitație atomică. Două surprize au apărut în urma experimentului: uneori fotonii treceau nevătămați, totuși atomii de rubidiu deveneau în continuare excitați. Mai ciudat, atunci când fotonii au fost absorbiți, ei ar părea să fie reemiși aproape instantaneu, cu mult înainte ca atomii de rubidiu să revină la starea lor inițială - ca și cum fotonii, în medie, ar părăsi atomii mai repede decât ar intra.
Teoria lor sugerează că fotonii, ca obiecte cuantice, nu au un timp fixat pentru absorbție și reemisie, ci aceste procese se desfășoară pe o gamă probabilistică de valori temporale. Aceste valori pot include cazuri în care tranzitul fotonilor este instantaneu sau, într-un mod paradoxal, se încheie înainte ca excitația atomică să fi încetat, ceea ce duce la un timp negativ.
„Un timp negativ poate părea paradoxal, dar ceea ce înseamnă este că, dacă ai construi un ceas „cuantic” pentru a măsura cât timp petrec atomii în starea excitată, acul ceasului s-ar mișca, în anumite circumstanțe, mai degrabă înapoi decât înainte”, explică unul dintre cercetătorii din echipa condusă de Daniela Angulo.
Chiar dacă fenomenul este uimitor, nu are niciun impact asupra înțelegerii noastre asupra timpului în sine – dar ilustrează încă o dată că lumea cuantică încă este plină de surprise.