Autorii studiului susţin că au confirmat această ciudăţenie cuantică observând înşişi atomii.
„Acest lucru nu înseamnă că suntem pe punctul de a construi o maşină a timpului sau ceva de genul acesta”, a declarat pentru Live Science co-autorul studiului, Howard Wiseman, fizician cuantic teoretician la Universitatea Griffith din Australia. „Totul poate fi înţeles cu ajutorul fizicii standard, dar este încă o proprietate ciudată a fizicii cuantice pe care oamenii nu o bănuiau”.
Cum dispar şi reapar fotonii în interiorul atomilor
Fotonii care trec printr-un nor atomic pot fi absorbiţi temporar. Dispar ca particule de lumină şi reapar ca excitaţii atomice - un fel de energie stocată - înainte de a fi reemişi. Unii fotoni, numiţi fotoni transmişi, trec prin acesta în aproximativ aceeaşi direcţie din care au intrat. Alţii se împrăştie în direcţii aleatorii.
Experimentele care datează din 1993 sugeraseră deja că fotonii transmişi tind să ajungă la un detector înainte ca centrul propriului lor puls să intre în nor. Asta implică un timp de tranzit negativ.
Dar a existat o problemă cu această configuraţie: fotonii din partea din faţă a unui impuls pot avea o probabilitate mai mare de a trece decât fotonii din spate. Dacă te uiţi doar la cei care sunt transmişi, desigur, aceştia par să ajungă mai devreme. Dar acest lucru a lăsat o uşă deschisă pentru o explicaţie mai simplă.
„Oamenii se convingeau că acest lucru nu este de fapt atât de nebunesc pe cât pare”, a declarat Wiseman pentru Live Science.
Experimentul care a urmărit direct reacţia atomilor
În noua lucrare fizicienii au încercat o abordare diferită. În loc să urmărească momentul în care un foton ajungea la un detector, au monitorizat dacă atomii se aflau într-o stare excitată în timp ce fotonul trecea prin ei.
Când un foton este absorbit de un atom, acesta este stocat sub formă de energie, determinând atomul să intre în ceea ce fizicienii numesc o stare excitată. Atomul rămâne în această stare excitată până când reemite fotonul. Prin urmare, măsurarea duratei stării excitate a atomului dezvăluie cât timp a fost absorbit fotonul de atom.
Echipa a măsurat acest lucru folosind un al doilea fascicul de lumină, care a detectat o mică schimbare de fază în funcţie de nivelurile de excitaţie ale atomilor. Fasciculul de lumină a acţionat ca o citire live a ceea ce stării în care se aflau atomii de la un moment la altul.
Această citire atomică a confirmat nebunia cuantică a experimentelor anterioare.
„Primeşti acelaşi răspuns dacă îi întrebi pe atomi: ‘Cât timp a stat fotonul cu voi?’”, a spus Wiseman. „Îţi vor da şi un răspuns, care este un timp negativ”.
De ce a fost nevoie de un milion de experimente
Obţinerea acestui răspuns nu a fost uşoară, deoarece măsurarea sistemelor cuantice le perturbă. În acest caz, previne potenţial absorbţia fotonului. Aşadar, echipa a folosit "măsurători slabe", care sunt blânde, dar extrem de zgomotoase.
Fiecare rundă a experimentului a fost inundată de zgomot - fluctuaţii aleatorii care au făcut imposibilă diferenţierea semnalului de zgomotul static în orice măsurătoare individuală. Abia după o medie de aproximativ 1 milion de runde a apărut un semnal clar. Pe aproximativ şapte seturi de parametri experimentali, colectarea totală a datelor a durat aproximativ 70 de ore.
„Chiar şi în cazul acestui lucru foarte simplu - un foton care interacţionează cu atomii - oamenii făceau deja calcule în urmă cu aproape 100 de ani”, a spus Wiseman. „Dar faptul că încă mai pot apărea surprize după atâta timp este interesant”.
Următoarea ţintă a echipei sunt fotonii care nu reuşesc să traverseze norul. Teoria prezice că acei fotoni împrăştiaţi au un timp de excitaţie pozitiv suplimentar. Acest lucru este suficient pentru a echilibra timpul negativ al celor transmişi, menţinând media generală a fasciculului de lumină la zero sau mai mult. Această predicţie nu a fost niciodată testată.
