Физики подтвердили эффект «отрицательного времени» в эксперименте с фотонами и атомами

Международная группа физиков из Университета Торонто и Университета Гриффита завершила исследование, подтвердившее реальность необычного квантового эффекта, при котором фотоны демонстрируют признаки выхода из атомного облака раньше, чем попадают в него.

Явление, получившее название «отрицательное время», проявляется в процессе взаимодействия света с облаками атомов. Когда фотоны проходят через такие облака, они временно поглощаются атомами и преобразуются в энергию возбуждения перед повторным испусканием. Измерения показали, что световые импульсы иногда достигают детекторов раньше, чем их центральная часть полностью проходит через облако атомов.

Исследователи применили новый методологический подход для изучения этого эффекта. Вместо того чтобы отслеживать фотоны непосредственно до их попадания в детектор, ученые наблюдали за переходом атомов из основного состояния в возбужденное. Измерение времени, в течение которого атомы оставались в возбужденном состоянии, позволило определить точную продолжительность пребывания фотонов внутри облака.

Для проведения исследования команда применила метод слабых квантовых измерений, который сводит к минимуму нарушение работы квантовых систем при наблюдении. Однако этот метод приводит к значительному количеству помех в данных. Чтобы получить достаточно четкий сигнал для анализа, физики повторили эксперимент около миллиона раз, используя несколько экспериментальных установок. Сбор данных занял около семидесяти часов.

Результаты экспериментов подтвердили, что атомы действительно демонстрируют отрицательное время взаимодействия со светом, что соответствует наблюдениям, сделанным ранее в 1993 году. Тогда ученые предположили, что этот эффект может быть следствием избирательного прохождения фотонов из передней части импульса через вещество, что создает иллюзию более быстрого распространения света.

По словам одного из авторов исследования, это открытие не следует интерпретировать как доказательство возможности путешествий во времени. Это явление описывается в рамках стандартной физики и представляет собой ранее неизвестное свойство квантовых систем.

Дальнейшие исследования предполагают изучение фотонов, которые рассеиваются в сторону от облака, а не проходят сквозь него. Согласно теоретическим предположениям, рассеянные фотоны могут иметь положительное время возбуждения и потенциально компенсировать обнаруженный отрицательный временной эффект.

Источник: Interestingeng Iineering