PRL: Физикам впервые удалось зафиксировать «отрицательное время»

Фото из открытых источников

Группа физиков из Университета Торонто показала, что фотоны, проходя сквозь облако атомов рубидия, в какой-то момент как будто находятся внутри него отрицательное время. Что удалось напрямую подтвердить, причём, информацию они получили от самих атомов. Работу опубликовали в журнале Physical Review Letters (PRL). 

Атомы рубидия могут временно поглощать энергию фотона конкретной частоты, когда происходит переход в возбужденное состояние. Фотоны как будто «зависают» в облаке, прежде чем освободиться. Принцип неопределенности говорит о том, что чётко определенная по энергии частица должна иметь положение, смазанное во времени. Поэтому момент входа фотона в облако учёные знают только в среднем.

При сравнении этого среднего момента входа с фактическим временем перехода фотона на другую сторону облака оказалось, что он приходит раньше, чем должен, порой даже получается отрицательное время пребывания внутри. Данный феномен знаком физикам с эксперимента 1993 года, но учёные долго считали, что сквозь облако проходит только самый ранний край длинного светового импульса, а остальное рассеивается.

Для проверки реальности эффекта был придуман особый подход: «спросить» собственно атомы, сколько времени фотон провел среди них. Условием было не разрушать при этом сам процесс чересчур точным измерением, иначе сработал бы квантовый эффект Зенона. Сквозь облако пропускался слабый лазерный луч, не связанный с самим фотоном, и по малейшим изменениям фазы этого луча производилась оценка, были ли атомы возбуждены.

Учёные провели множество повторов, рассчитав усреднение по ним. Что дало точный результат: отрицательное время чётко совпало с временем, вычисленным по среднему моменту прихода фотона.

Полученный результат укладывается в рамки стандартной физики. Но впервые удалось напрямую доказать, что отрицательное время пребывания — реальность, измеримый физический эффект.