Физици откриха нови доказателства за странно квантово явление, наречено „отрицателно време“, при което фотоните изглеждат така, сякаш напускат облак от атоми, още преди да са навлезли напълно в него.

Странният квантов ефект беше разкрит в експеримент, проведен от учени от Университета в Торонто, Канада, и университета „Грифит“, Австралия. Екипът наблюдаваше атомите директно, докато светлината преминава през тях. Вместо да наблюдават кога фотоните достигат детектора, те проследяват дали атомите преминават от основно състояние във възбудено състояние, докато фотоните преминават през тях.

Хауърд Уайзман, теоретичен квантов физик в университета „Грифит“ и съавтор на проучването, заяви, че резултатите не трябва да се бъркат с доказателство за практическо пътуване във времето. „Всичко това може да се разбере с помощта на стандартната физика, но това е още едно странно свойство на квантовата физика, за което хората не са подозирали“, добавя той.

Според учените това явление възниква, когато лъч светлина преминава през облак от атоми. Фотоните – най-малките възможни частици на светлината – за кратко изчезват, като се абсорбират от атомите. Те временно се превръщат в съхранена енергия, известна като атомно възбуждане, преди да бъдат излъчени отново.

Проучване от 1993 г. предполага, че някои фотони, движещи се през тези атомни облаци, изглежда са достигали детекторите по-рано от очакваното. В някои случаи светлинният импулс изглеждаше да се появява, преди центърът на импулса да е навлязъл напълно в облака. Това предполагаше отрицателно време на преминаване.

Учените по онова време заявиха, че зад този ефект може да се крие по-проста причина. Те твърдяха, че фотоните в предната част на импулса просто са имали по-голяма вероятност да преминат, отколкото тези в задната част, което е създало илюзията за по-бързо движение.

„Хората се убеждаваха, че това всъщност не е толкова лудо, колкото звучи“, казва Уайзман. За да проверят най-накрая дали ефектът е реален, той и колегите му промениха подхода си и наблюдаваха взаимодействието на атомите със светлината.

За да преценят колко време фотоните са останали ефективно в облака, екипът измери колко дълго атомите са пребивавали във възбудено състояние. Втори светлинен лъч им помогна да засекат миниатюрни фазови смени, свързани с нивата на възбуда на атомите.

Това позволи на атомите да разкрият какво се случва по време на експеримента в реално време. Резултатът съвпадна с по-ранни открития, тъй като атомите изглеждаха да разкриват отрицателно време на взаимодействие. Квантовите системи са много чувствителни към наблюдение, което означава, че измерването им може в някои случаи да наруши напълно явлението. За да предотврати това, екипът разчиташе на „слаби измервания“. Въпреки че този метод въвежда много по-малко смущения, той генерира огромно количество шум.

За да получи ясен сигнал, екипът повтори експеримента около един милион пъти. Събирането на данни в рамките на множество експериментални постановки отне около 70 часа. Уайзман отбелязва, че простите взаимодействия между фотони и атоми се изучават от почти 100 години. „Самият факт, че след толкова време все още могат да ни изненадват, е интересен“, заключава той.

Сега изследователите имат за цел да изследват фотони, които се разсейват от облака, вместо да преминават през него. Някои теории предсказват, че разсеяните фотони биха могли да компенсират отрицателния времеви ефект, тъй като носят допълнително положително време на възбуждане.

Снимка: Unsplash

Виж още: Китайци ще наддават в първия в света търг за хуманоидни роботи по време на грандозно шопинг събитие