Физики подтвердили реальность "отрицательного времени", расспросив сами атомы

Когда луч света проходит сквозь облако атомов, фотоны порой будто бы проводят в нём отрицательное количество времени, словно свет покидает облако ещё до того, как в него войти.

Теперь физики подтвердили этот квантовый курьёз, обратившись с вопросом к самим атомам. Cоавтор работы Говард Уайзман (Howard Wiseman), теоретический физик-квантовик из Университета Гриффита в Австралии, сразу предупредил:

Это не значит, что мы вот-вот построим машину времени или что-то подобное.

По его словам, всё объяснимо стандартной физикой, просто это ещё одно странное свойство квантового мира, о котором прежде не подозревали.

Физики из MIT теоретически обосновали возможность отправки сообщений в прошлое

Фотоны, проходящие сквозь атомное облако, могут на время поглощаться. Они исчезают как частицы света и вновь возникают в виде атомных возбуждений, своего рода запасённой энергии, прежде чем испуститься обратно.

Часть фотонов, так называемые прошедшие, минуют облако примерно в том же направлении, в каком вошли. Другие же рассеиваются в случайные стороны.

Эксперименты ещё с 1993 года намекали, что прошедшие фотоны достигают детектора раньше, чем центр их собственного импульса вообще успевает войти в облако. Это и подразумевает отрицательное время прохождения.

Однако у такой схемы была загвоздка. Фотоны в начале импульса могут проходить охотнее, чем в его конце, и если смотреть только на прошедшие, они выглядят "ранними". Эта лазейка оставляла место для более простого объяснения.

В новой работе, опубликованной 13 апреля в журнале Physical Review Letters, физики зашли с другой стороны. Вместо того чтобы следить за моментом прибытия фотона на детектор, они отслеживали, находились ли атомы в возбуждённом состоянии, пока фотон проходил сквозь них.

Поглотив фотон, атом хранит его как энергию и переходит в так называемое возбуждённое состояние, в котором остаётся до повторного испускания фотона. Значит, измерив длительность этого состояния, можно узнать, как долго фотон был поглощён атомом.

Команда замеряла это с помощью второго луча света, который улавливал крошечный сдвиг фазы в зависимости от уровня возбуждения атомов. Луч работал как живой индикатор того, что атомы переживали от мгновения к мгновению. Атомный "опрос" подтвердил квантовое безумие прежних экспериментов.

Если спросить атомы, как долго фотон был с вами, вы получите тот же ответ.

По его словам, атомы тоже "называют" величину, и это отрицательное время.

Добиться ответа оказалось непросто, ведь измерение квантовых систем вносит возмущения и в грозит вовсе сорвать поглощение фотона. Для этого команда применила "слабые измерения", деликатные, но крайне зашумлённые, так что любой отдельный запуск тонул в случайных флуктуациях.

Новый мод для Crimson Desert значительно улучшает физику в игре

Энтузиаст выпустил браузерный симулятор физических и химических реакций в космосе – можно собрать собственную планету из базовых компонентов

Чёткий сигнал проступил лишь после усреднения примерно миллиона запусков. Около семи наборов параметров эксперимента в сумме потребовали порядка 70 часов сбора данных.

Следующая цель команды, это фотоны, которые сквозь облако не проходят. Теория предсказывает, что у рассеянных фотонов есть дополнительное положительное время возбуждения, которого хватает, чтобы уравновесить отрицательное время прошедших и удержать средний показатель для всего луча на нуле или выше.

Эту догадку пока ни разу не проверяли.