„Timpul negativ”, descoperit de oamenii de știință printr-un experiment de fizică cuantică. Concluziile la care au ajuns cercetătorii

Oamenii de știință de la Universitatea din Toronto au publicat recent un rezultat cuantic bizar. Fotoniile, particulele ondulate de lumină pot petrece o perioadă negativă de timp. Asta, trecând printr-un nor de atom răciți, ceea ce înseamnă că fotonii pot ieși dintr-un material înainte de a intra în el, notează Scientific American. Fizicienii cuantici sunt obișnuiți cu astfel de fenomene ciudate, dar care par absurde pentru oamenii de rând. Atomii și moleculele acționează uneori ca particule, alteori ca unde. Particulele pot fi conectate între ele printr-o „acțiune stranie la distanță”, chiar și pe distanțe mari, în timp ce obiectele cuantice se pot desprinde de proprietățile lor, așa cum pisica Cheshire din Aventurile lui Alice în Țara Minunilor se desprinde de rânjetul ei. Acum, oamenii de știință, alături de Daniela Angulo de la Universitatea din Toronto au dezvăluit un alt rezultat cuantic ciudat: fotonii, particulele undă ale luminii, pot petrece o cantitate negativă de timp traversând un nor de atomi răciți.

Aephraim Steinberg, fizician la Universitatea din Toronto, a scris într-o postare pe X despre noul studiu, care a fost încărcat pe serverul de preimprimare arXiv.org pe data de 5 septembrie și nu a fost încă revizuit de colegi.

Studiu privind „timpul negativ”. Concluziile dezvăluite de oamenii de știință

Ideea pentru această lucrare a apărut încă din 2017. La momentul respectiv, Steinberg și un coleg de laborator, pe atunci doctorand Josiah Sinclair, erau interesați de interacțiunea dintre lumină și materie, în special de un fenomen numit excitare atomică: atunci când fotonii trec printr-un mediu și sunt absorbiți, electronii care se învârt în jurul atomilor din mediul respectiv sar la niveluri energetice mai ridicate. Atunci când acești electroni excitați revin la starea lor inițială, eliberează energia absorbită sub formă de fotoni reemiși, introducând o întârziere în timpul de tranzit observat al luminii prin mediu.

Echipa lui Sinclair a dorit să măsoare această întârziere  și să afle dacă depinde de soarta fotonului respectiv. Întrebarea cercetătorilor era dacă a fost împrăștiat și absorbit în interiorul norului atomic sau a fost transmis fără niciun fel de interacțiune.

„La momentul respectiv, nu eram siguri care era răspunsul și aveam impresia că o întrebare atât de elementară despre ceva atât de fundamental ar trebui să fie ușor de răspuns”, a spus Sinclair. „Dar cu cât vorbeam cu mai mulți oameni, cu atât ne dădeam seama că, în timp ce fiecare avea propria intuiție sau presupunere, nu există un consens al experților cu privire la care ar fi răspunsul corect.”

Deoarece natura acestor întârzieri poate fi atât de ciudată și contraintuitivă, unii cercetători au considerat fenomenul ca fiind lipsit de sens pentru descrierea oricărei proprietăți fizice asociate luminii.

Citește și: Studiu alarmant în România. Câți copii au devenit dependenți de timpul petrecut în fața ecranelor. 68% dintre părinți sunt de acord

După trei ani de cercetări, fizicianul Aefhraim a dezvoltat un aparat pentru a face teste în laborator. Experimentele au implicat tragerea de fotoni printr-un nor de atomi, dar și măsurarea gradului rezultat de excitația atomică. În urma acestui experiment, au fost descoperite două lucruri: fotonii treceau uneori neatinși, dar atomii de rubidiu deveneau excitați. Mai mult, atunci când fotonii erau absorbiți, ei păreau să fie reemiși aproape instant, cu mult timp înainte ca atomii de rubidiu să revină la starea inițială.

Astfel, teoria sugerează că fotonii nu au un timp exact pentru absorbție și reemisie, aceste procese desfășurându-se pe o gamă de valori temporale. Acestea pot include și cazuri în care tranzitul fotonilor este instantaneu.

„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”, a explicat unul dintre cercetătorii din echipa condusă de Daniela Angulo, notează The Independent.

Citește și: Care e povestea ceasului care s-ar putea vinde cu 190.000 de dolari. I-a aparținut unui celebru afacerist