Fizičari su direktno izmerili atomsko uzbuđenje dok foton prolazi kroz oblak atoma i potvrdili efekat koji nazivaju "negativno vreme" — atomska merenja daju negativno trajanje za neke transmitovane fotone. Istraživanje je objavljeno 13. aprila u Physical Review Letters, a rezultat je dobijen oslabljenim merenjima posle ~1.000.000 ponavljanja i oko 70 sati prikupljanja podataka. Sledeći korak je testiranje raspršenih fotona, za koje teorija predviđa kompenzujuće pozitivno vreme ekscitacije.
Potvrđeno "negativno vreme": Eksperiment pokazuje da fotoni ponekad "izlaze" pre nego što uđu u oblak atoma
An illustration of light being absorbed by an atom. New experiments confirm that some photons can spend a negative amount of time within a cloud of atoms, reaching their destination before they technically enter the cloud. | Credit: koto_feja via Getty Images
Fizičari su potvrdili neobičan kvantni efekat u kojem fotoni koji prolaze kroz oblak atoma pokazuju ono što istraživači opisuju kao "negativno vreme": po meri atoma, trajanje tokom kojeg foton „boravi“ u atomu može biti negativno, kao da neki fotoni izlaze pre nego što su ušli.
Kako je to otkriveno
U radu objavljenom 13. aprila u Physical Review Letters, tim istraživača — među kojima je i koautor Howard Wiseman sa Griffith University — primenio je direktniji pristup nego raniji eksperimenti. Umesto da samo mere kada foton stigne do detektora, naučnici su "pitali" same atome koliko dugo su bili u uzbuđenom stanju dok je foton prolazio kroz oblak.
Atomsko očitavanje umesto detektora
Kada atom privremeno apsorbuje foton, energija se čuva kao atomsko uzbuđenje dok foton ne bude reemituje. Tim je koristio dodatni pomoćni snop svetlosti koji je prolazio kroz isti oblak i beležio sitnu faznu promenu koja zavisi od stepena atomske ekscitacije. Taj pomoćni snop je funkcionisao kao živo očitavanje stanja atoma iz trenutka u trenutak.
"Ako pitate atome: 'Koliko dugo je foton bio s vama?', dobićete isti odgovor — oni će vam takođe reći negativno vreme", rekao je Wiseman za Live Science.
Zašto je ovo pouzdano
Rana merenja su mogla da trpe pristrasnost selekcije: fotoni na prednjem delu pulsa mogli su imati veću verovatnoću da budu transmitovani, pa su izgleda stizali "ranije". Novi pristup meri trajanje ekscitacije atoma nezavisno od toga koji su fotoni kasnije detektovani kao transmitovani, što zatvara tu rupu u objašnjenju.
Slaba merenja i mnogo ponavljanja
Merenje kvantnih sistema ih može poremetiti — u ovom slučaju merenje bi moglo sprečiti apsorpciju fotona. Zbog toga su istraživači koristili tzv. slaba (weak) merenja: vrlo nežan metod koji daje vrlo bučan signal. Jedno merenje je bilo preplavljeno šumom, pa je tim morao da ponovi eksperiment otprilike 1.000.000 puta i prikupi podatke oko 70 sati kroz sedam različitih skupova parametara da bi dobio statistički značajan rezultat.
Šta to znači i šta sleduje
Ovo ne znači da je otkrivena mašina vremena ili da je narušen uzrok-posledica: efekat je objašnjiv unutar standardne kvantne mehanike i zavisi od načina merenja i post-selekcije. Teorija predviđa da raspršeni (nenačetni) fotoni nose kompenzujuće pozitivno vreme ekscitacije, što bi održalo ukupni prosečan „vremenski bilans“ snopa svetlosti na nuli ili iznad. To predviđanje još nije eksperimentalno potvrđeno, i tim planira da ga testira u narednim eksperimentima.
Rezultat je primer koliko i najjednostavniji kvantni sistemi i dalje mogu iznenaditi naučnike i koliko su pažljiva merenja i velika statistika važni za razotkrivanje takvih pojava.
Pomozite nam da budemo bolji.
