Descoperire uimitoare în fizica cuantică: Timpul negativ, observat într-un experiment

O echipă de fizicieni condusă de Daniela Angulo de la Universitatea din Toronto a făcut o descoperire remarcabilă: fotonii, particulele de lumină, pot petrece o cantitate negativă de timp trecând printr-un material. În termeni simpli, acest lucru înseamnă că fotonii pot părea că ies dintr-un material înainte de a intra în el. Aceasta este o altă manifestare a bizareriei fizicii cuantice, care continuă să aducă surprize neașteptate cercetătorilor.

Fizicienii au reușit să demonstreze acest fenomen ciudat într-un experiment recent, ale cărui rezultate 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.

Cum s-a ajuns la această descoperire

Această idee a început să prindă contur în 2017, când Aephraim Steinberg și echipa sa au început să investigheze interacțiunea dintre lumină și materie. În mod particular, cercetătorii 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.

Experimentul, realizat prin trimiterea fotonilor printr-un nor de atomi de rubidiu ultra-răciți, a produs două rezultate surprinzătoare. În unele cazuri, fotonii treceau fără să fie afectați, dar atomii de rubidiu erau excitați ca și cum ar fi absorbit fotonii. Mai ciudat, atunci când fotonii erau absorbiți, păreau să fie reemisi aproape instantaneu, înainte ca atomii să revină la starea lor inițială. Acest fenomen a dus la concluzia că, în medie, fotonii ieșeau din atomi mai repede decât se aștepta.

Orașul din România care se mândrește cu cel mai înalt brad natural de Crăciun. Are 29 de metri și cântărește 17 tone

Destinația de lux aleasă de Adelina Pestrițu pentru aniversarea soțului: cât costă să stai în „OZN”-urile din Arabia Saudită

Explicația fenomenului de timp negativ

Colaborând cu Howard Wiseman de la Universitatea Griffith din Australia, echipa de cercetători a dezvoltat un cadru teoretic pentru a explica aceste rezultate ciudate. 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.

Steinberg explică că, în lumea cuantică, fotonii pot fi în superpoziție, ceea ce înseamnă că pot să treacă prin material atât fără să interacționeze cu atomii, cât și să-i excite în același timp. Măsurătorile făcute în cadrul experimentului sugerează că fotonii se mișcă mai repede prin material atunci când excită atomii decât atunci când aceștia rămân în starea lor de bază.

Deși acest fenomen pare să sfideze legile tradiționale ale fizicii, el nu contrazice teoria relativității speciale a lui Einstein, conform căreia nimic nu poate călători mai repede decât lumina. Rezultatele obținute oferă mai degrabă o nouă înțelegere a interacțiunilor fotonilor cu mediile absorptive și necesită o reinterpretare a timpului de întârziere în optică.

Această descoperire fascinantă deschide noi posibilități pentru studii viitoare și demonstrează încă o dată că lumea cuantică rămâne plină de mistere.