Физики из Университета Торонто экспериментально доказали, что фотон может провести в среде «отрицательное» время. Этот парадоксальный эффект – не погрешность измерений, а реальное физическое явление, которое влияет на сами атомы среды. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Physical Review Letters.
Эффект, при котором частица света проходит через резонансную среду и достигает детектора быстрее, чем если бы двигалась со скоростью света в вакууме, известен давно. Расчёты показывают, что фотон как будто выходит из среды раньше, чем входит в неё. Ранее это явление объясняли артефактом: считалось, что через среду проходит только передний фронт длинного светового импульса, что и создаёт иллюзию сверхсветовой скорости и «отрицательного» времени пребывания.
Канадские исследователи решили проверить, что происходит с самими атомами в среде – в их эксперименте это было облако атомов рубидия. Они поставили задачу измерить, как долго атомы находятся в возбуждённом состоянии, поглотив энергию фотона. Прямое и точное измерение нарушило бы квантовую систему из-за эффекта Зенона, поэтому учёные применили метод «слабых измерений». С помощью второго, очень слабого лазера они с высокой точностью, но незначительным воздействием отслеживали состояние атомов.
Усреднив данные миллионов экспериментальных циклов, команда получила точное время, которое энергия фотона «гостила» в облаке атомов. Оказалось, что это время действительно отрицательное. Более того, полученное значение в точности совпало с тем, которое ранее рассчитывали по времени прибытия самого фотона. Такой результат уже нельзя объяснить эффектом прохождения только переднего фронта импульса.
Исследователи подчёркивают, что их открытие не нарушает фундаментальных законов физики и не делает возможными путешествия во времени. Однако оно доказывает, что отрицательное время пребывания – это реальная, измеримая физическая величина, а не математический казус. Эксперимент открывает новые перспективы в изучении парадоксальных явлений квантовой механики.
