A kvantumvilágban meglehetősen különös események zajlanak – most pedig, első ízben épp egy ilyet figyeltek meg: a fényrészecskék még azelőtt léptek ki egy atomfelhőből, hogy egyáltalán beléptek volna. Ezt a jelenséget “negatív időnek” nevezik, és talán meglepő, de nem sérti a fizika törvényeit.

Amikor a fény áthalad egy anyagon, a sebessége megváltozik, ahogy a fotonok – a fény részecskéi – kölcsönhatásba lépnek az adott anyag atomjaival. Ennek oka, hogy az atomok elnyelik ezeket a fotonokat, majd újra kibocsátják őket, ami némi késlekedést eredményez a foton haladásában. Legalábbis ez az általános. Bizonyos kvantumkörülmények között ugyanis a fotonok még azelőtt távozhatnak az anyagból, hogy ténylegesen beléptek volna. Mindez azért történik így, mert a fény részecskék negatív időt töltöttek az anyagban, miközben az atomok elnyelték őket – írja a New Scientist.

A Torontói Egyetem Daniela Angulo által vezetett kutatócsapata kísérletete során rubídiumatomokat hűtöttek az abszolút nulla fok közelébe. Ebben az extrém hideg környezetben az atomok kvantumállapotait lézerekkel nagy pontossággal lehetett manipulálni. A kutatók két lézersugarat irányítottak az atomfelhőre: az egyik sugár kölcsönhatásba lépett az atomokkal, visszaverődött, elnyelődött, majd ismét kibocsátódott, míg a másik lézersugár szondaként szolgált a kvantumállapotok változásainak a nyomonkövetésére.

A csapat legnagyobb meglepetésére felfedezett olyan lézerfrekvencia és kvantumállapot kombinációt, amelynek hatására a foton negatív időt töltött az atomfelhőben. Ez az eredmény annyira váratlan volt, hogy a csapat közel két évet töltött az eszközök finomhangolásával és az adatgyűjtéssel, csak hogy biztosra menjenek. Egyetlen adatpont megszerzése érdekében gyakran 15 órán át folyamatosan gyűjtöttek méréseket, miközben ügyeltek arra, hogy csak minimálisan befolyásolják a fotonok viselkedését.

Bár a negatív idő paradoxnak tűnhet, Aephraim Steinberg, a csoport másik kutatója hangsúlyozta, hogy ez nem sérti az okság elvét vagy Einstein relativitáselméletét: mivel ugyanis a fotonok nem hordoznak információt, nincs veszélye annak, hogy a fizika alapvető törvényei sérüljenek.

Peter Milonni, a Rochesteri Egyetem kutatója megjegyezte, hogy bár ez az eredmény ellentmondásosnak tűnik, a kvantummechanikában természetes az ilyesmi: a fotonok és az atomok közötti kölcsönhatások sokféleképpen alakulhatnak, és néha előfordulnak olyan esetek, amikor a foton látszólag nem tölt időt az atomfelhőben – vagy akár negatív időt tölt ott.

Noha a kísérlet áttörő jelentőségű, Andrew Jordan, a Chapman Egyetem kutatója óvatosságra intett – szerinte az idő múlásának a hagyományos mérése, például tehát az óra, nem biztos, hogy teljesen összeegyeztethető a tanulmányban használt közvetett mérési módszerekkel. Szerinte a jövőbeni kísérleteknek még pontosabb mérésekre kellene törekedniük, hogy jobban megértsük ezeket a rendkívüli kvantumhatásokat.

(A cikkhez használt kép illusztráció, forrása: Pixabay/SD-Pictures)