Физики подтвердили эффект отрицательного времени в атомах рубидия

Группа физиков из Университета Торонто сделала сенсационное открытие: фотоны, проходящие сквозь облако атомов рубидия, иногда могут «проводить» внутри него отрицательное время. Это утверждение было подтверждено экспериментально, при этом исследователи использовали атомы как некий инструмент для измерения временных промежутков. Работа, освещающая это открытие, была опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Атомы рубидия обладают уникальной способностью временно поглощать энергию фотонов определенной частоты, что приводит к их переходу в возбужденное состояние. Таким образом, фотон словно «задерживается» в облаке атомов, прежде чем высвободиться. Согласно принципу неопределенности, фотон, обладая точно определенной энергией, будет иметь неопределенное положение во времени, и момент его входа в облако можно определить лишь в среднем.

Если провести сравнение между средним моментом входа фотона и фактическим временем его прихода на другую сторону облака, становится очевидным, что фотон иногда прибывает раньше, чем ожидалось — иногда даже настолько рано, что возникает понятие отрицательного времени пребывания. Этот эффект был известен с 1993 года, однако долгое время физики считали его лишь артефактом, полагая, что лишь крайние элементы светового импульса проходят через облако, а остальная часть рассеивается.

Чтобы проверить подлинность этого эффекта, ученые разработали метод, позволяющий «спросить» атомы о времени, проведенном фотоном среди них, не разрушая сам эффект из-за слишком точного измерения, что могло бы вызвать квантовый эффект Зенона. Для этого через облако одновременно пропускали слабый лазерный луч, не связанный с исследуемым фотоном, а по крошечным изменениям фазы этого луча ученые оценивали, были ли возбуждены атомы.

Одно единственное измерение дает лишь приблизительную оценку, но усреднение результатов по миллионам повторов дало точный результат: отрицательное время, полученное с помощью этого «слабого измерения», совпало с временем, вычисленным на основе среднего момента прихода фотона. Это указывает на то, что полученный результат не может быть объяснен лишь рассеянием переднего края импульса.

Как подчеркивают авторы исследования, полученные данные полностью вписываются в рамки стандартной физики и не свидетельствуют о создании машины времени. Однако они впервые напрямую доказывают, что отрицательное время пребывания — это не миф, а реальный измеримый физический эффект.

Читайте также: