Fizičari potvrdili: Negativno vreme zaista postoji, pokazao eksperiment

Kad zrak svetlosti prolazi kroz oblak atoma, čini se da fotoni (čestice svetlosti) ponekad tamo provedu negativnu količinu vremena – deluje kao da svetlost izlazi iz oblaka pre nego što u njega uopšte uđe. Sada su fizičari potvrdili ovu kvantnu neobičnost pitajući same atome, piše Live Science.

- Ovo ne znači da smo na pragu izgradnje vremeplova ili nečeg sličnog. Sve se to može razumeti uz pomoć standardne fizike, ali to je još jedno čudno svojstvo kvantne fizike na koje ljudi nisu sumnjali - izjavio je za Live Science koautor studije Hauard Vajzman, teorijski kvantni fizičar sa Univerziteta Grifit u Australiji.

Preporučujemo

Fotoni koji prolaze kroz oblak atoma mogu biti privremeno apsorbovani. Oni nestaju kao čestice svetlosti i ponovo se pojavljuju kao atomi u pobuđenom stanju, neka vrsta uskladištene energije, pre nego što budu ponovo emitovani. Neki fotoni, nazvani transmitovani fotoni, prođu u otprilike istom smeru u kojem su ušli. Drugi se rasejavaju u nasumičnim pravcima.

Eksperimenti koji datiraju još iz 1993. već su nagoveštavali da transmitovani fotoni teže da stignu do detektora pre nego što centar njihovog sopstvenog impulsa uopšte uđe u oblak. To implicira negativno vreme prolaska. Ali postojao je problem sa ovakvom postavkom: fotoni na čelu impulsa mogli bi imati veće šanse da prođu nego fotoni na začelju. Ako posmatrate samo one koji su prošli, naravno da izgledaju kao da su stigli ranije. Ali ovo je ostavilo otvorena vrata za jednostavnije objašnjenje.

- Ljudi su ubeđivali sebe da ovo zapravo nije toliko ludo kao što zvuči - rekao je Vajzman za Live Science.

U novom radu, objavljenom žurnalu Physical Review Letters, fizičari su pokušali drugačiji pristup. Umesto da prate kada je foton stigao do detektora, pratili su da li su atomi bili u pobuđenom stanju dok je foton prolazio kroz njih.

Kada atom apsorbuje foton, on se skladišti kao energija, što dovodi do toga da atom uđe u ono što fizičari nazivaju pobuđeno stanje. Atom ostaje u ovom pobuđenom stanju sve dok ponovo ne emituje foton. Stoga merenje trajanja pobuđenog stanja atoma otkriva koliko dugo je foton bio apsorbovan u atomu.

Tim je to izmerio koristeći drugi svetlosni snop, koji je beležio mali fazni pomak u zavisnosti od nivoa pobuđenosti atoma. Svetlosni snop je služio kao očitavanje uživo onoga što su atomi doživljavali iz trenutka u trenutak. Ovo atomsko očitavanje potvrdilo je kvantnu ludost ranijih eksperimenata.

- Dobijate isti odgovor ako pitate atome: „Koliko dugo je foton boravio kod vas?“ I oni će vam dati odgovor, a to je negativno vreme - rekao je Vajzman.

Dobijanje tog odgovora nije bilo lako, jer merenje kvantnih sistema remeti njihovo stanje. U ovom slučaju, to potencijalno sprečava da foton uopšte bude apsorbovan. Zato je tim koristio „slaba merenja“, koja su blaga, ali izuzetno praćena šumom. Svaki pojedinačni pokušaj eksperimenta bio je preplavljen šumom, nasumičnim fluktuacijama koje su onemogućavale razlikovanje signala od statičkih smetnji u bilo kom pojedinačnom merenju. Tek nakon usrednjavanja oko milion pokušaja pojavio se jasan signal. Kroz otprilike sedam setova eksperimentalnih parametara, ukupno prikupljanje podataka trajalo je približno 70 sati.

- Čak i u ovoj zaista jednostavnoj stvari - interakciji fotona sa atomima - ljudi su radili proračune pre skoro 100 godina. Zanimljiva je sama činjenica da to i posle toliko vremena može da pruži iznenađenja - rekao je Vajzman.

Sledeći cilj tima su fotoni koji ne uspeju da prođu kroz oblak. Teorija predviđa da ti rasejani fotoni nose dodatno pozitivno vreme pobuđivanja. To je dovoljno da uravnoteži negativno vreme onih koji su prošli, održavajući ukupan prosek za svetlosni snop na nuli ili iznad nje. To predviđanje nikada ranije nije testirano.

(Telegraf Nauka/Live Science)