arXiv: фотони витрачають від’ємну кількість часу в хмарах холодних атомів.
Канадські квантові фізики виявили існування ефекту «негативного часу» під час вивчення фотонів – хвильових частинок світла. Дослідження опубліковано на порталі нерецензованих наукових матеріалів arXiv.
Як показали спостереження, фотони витрачають негативну кількість часу під час руху через хмару охолоджених атомів. Це означає, що частинки якимось чином встигають покинути матеріал ще до того, як вони увійдуть у нього.
Висновки команди ґрунтуються на експериментах із взаємодією світла і матерії під час ефекту, званого «атомним збудженням». Коли фотони проходять через середовище і поглинаються, електрони на орбітах атомів цього середовища переходять на вищі енергетичні рівні.
Коли ці збуджені електрони повертаються у вихідний стан, вони повертаються у вихідний стан, вивільняючи енергію у вигляді перевипромінених фотонів. Це вносить часову затримку в спостережуваний час проходження світла через середовище.
Вчені вирішили виміряти часову затримку і дізнатися, чи залежить вона від стану самого фотона: чи був він розсіяний і поглинений хмарою атомів, чи минув її без взаємодій.
Експерименти включали вистрілювання фотонів через хмару ультрахолодних атомів рубідію і вимірювання отриманого ступеня збудження атомів.
Під час тестів виникло дві несподіванки: іноді фотони проходили цілими, але атоми рубідію однаково збуджувалися і залишалися в цьому стані так само довго, як якби вони поглинули ці фотони.
Крім того, при поглинанні фотонів вони майже миттєво перевипромінювалися. Це відбувалося задовго до того, як атоми рубідію поверталися у вихідний стан.
За словами дослідників, подібний ефект зумовлений квантовими властивостями фотона, які існують у ймовірнісному діапазоні часових значень. Ця квантова розмитість може призводити до того, що частинки залишають матеріал до того, як вони в нього потрапили.
«Негативна затримка часу може здатися парадоксальною, але це означає, що якщо ви побудуєте «квантовий» годинник для вимірювання того, скільки часу атоми проводять у збудженому стані, то за певних обставин стрілка годинника рухатиметься назад, а не вперед», – зазначили фізики.