Физики подтвердили реальность «отрицательного времени» в квантовом эксперименте

Физики из Университета Торонто и Университета Гриффита провели эксперимент, который подтвердил, что «отрицательное время» — это не просто иллюзия или артефакт измерений. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

В ходе эксперимента ученые использовали фотоны — квантовые частицы света, которые проходили сквозь облако атомов рубидия. Атомы обладают резонансом с фотонами, что позволяет частицам света временно «задерживаться» в облаке, передавая им свою энергию. Однако, как показали измерения, фотоны, прошедшие сквозь облако напрямую, прибывали на другую сторону раньше, чем следовало бы, если бы они двигались со скоростью света. Создавалось впечатление, что они провели внутри облака «отрицательное» время — то есть вышли раньше, чем вошли.

Этот эффект был известен еще с 1993 года, но долгое время физики считали его артефактом, связанным с особенностями формы светового импульса. Однако в новом исследовании команда под руководством Афраима Стейнберга решила проверить это предположение, задав вопрос самим атомам. Для этого через облако рубидия пропускался слабый лазерный луч, не связанный с основным импульсом фотона. Изменения фазы этого луча позволяли определить, находились ли атомы в возбужденном состоянии, то есть «гостил» ли у них фотон.

Результат оказался поразительным: слабое измерение времени «пребывания» фотона в атомах дало ровно то же отрицательное значение, которое следовало из анализа времени прибытия фотонов. При этом отрицательное значение не могло быть объяснено тем, что сквозь облако проходит лишь передняя часть импульса, как предполагалось ранее.

«Наш эксперимент полностью объясняется стандартной физикой, — подчеркивают авторы. — Однако он показывает, что отрицательное время пребывания — не артефакт. Как бы парадоксально это ни казалось, оно оказывает непосредственно измеримое влияние на атомное облако, которое пересекает фотон». Ученые отмечают, что их работа открывает новые горизонты в квантовых исследованиях.