Канадские физики впервые зафиксировали удивительный эффект «отрицательного времени»

Канадские квантовые физики обнаружили эффект «отрицательного времени» в фотонах при прохождении через облако охлажденных атомов рубидия. Эксперименты выявили, что фотоны могут покидать материал прежде, чем входить в него, вызвав новые обсуждения в науке.

Канадские ученые в области квантовой физики обнаружили необычное явление, известное как эффект «отрицательного времени», в процессе изучения фотонов — элементов световой волны.

Соответствующие результаты исследования были опубликованы на платформе arXiv, где размещаются нерецензированные научные статьи.

Эксперименты с фотонами

Как показали эксперименты, фотоны демонстрируют отрицательное временное взаимодействие при прохождении через облако охлажденных атомов, что предполагает, что данные частицы как бы покидают материал до того, как действительно входят в него.

Научные выводы созданы на основе экспериментов, исследующих взаимодействие света с материей через феномен, называемый «атомным возбуждением». По мере того как фотоны движутся в среде и поглощаются ею, электроны атомов переходят на высшие энергетические уровни.

Возвращаясь в начальное состояние, возбужденные электроны освобождают энергию через переизлучение фотонов, что вызывает временное запаздывание в прохождении света.

Цель и результаты исследований

Цель ученых заключалась в измерении этой временной задержки и проверке, зависит ли она от состояния фотона: был ли он рассеян и поглощен атомным облаком или прошел без какого-либо взаимодействия.

Эксперименты, в которых фотоны проектировали сквозь облако ультрахолодных атомов рубидия, позволили измерить степень возбуждения атомов, приводя к нескольким неожиданным результатам.

Во-первых, иногда фотоны преодолевали среду целостно, однако атомы рубидия все равно входили в возбуждённое состояние, оставаясь в нем столь же долго, как если бы они поглотили фотон. Кроме того, в случаях поглощения фотонов они практически мгновенно переизлучались, хотя сама система атомов возвращалась в исходное состояние спустя заметное время.

Исследователи заключают, что этот эффект может быть вызван квантовыми свойствами фотонов, которые проявляются в вероятностных временных диапазонах. Таким образом, квантовая неопределенность позволяет частицам покидать материал до взаимодействия с ним.

«Хотя отрицательная задержка времени может показаться парадоксальной, это фактически означает, что если создать «квантовые» часы для измерения времени нахождения атомов в возбужденном состоянии, то в определенных условиях стрелка часов будет отклоняться в обратную сторону», — заявляют физики.

Особая природа этого явления подчеркивает уникальные свойства одномерного квантового газа, созданного из чистого света.