Físicos constatam “tempo negativo” em experimentos quânticos

Físicos constatam “tempo negativo” em experimentos quânticos. Pesquisadores da Universidade de Toronto, liderados por Daniela Angulo, descobriram que fótons podem parecer sair de um material antes de nele entrar, revelando evidências de “tempo negativo”. Este fenômeno intrigante desafia a lógica tradicional da física quântica, onde fenômenos estranhos são comuns, como átomos agindo como partículas ou ondas.

Contexto da pesquisa

A ideia para este trabalho surgiu em 2017. Na época, Angulo, Aephraim Steinberg e o então estudante de doutorado Josiah Sinclair investigavam a interação entre luz e matéria, focando na excitação atômica. Quando os fótons atravessam um meio absorvidos, os elétrons nos átomos saltam para níveis de energia mais altos.. Ao retornarem ao estado original, liberam energia na forma de fótons reemitidos, resultando em um atraso no tempo de passagem da luz.

Sinclair e sua equipe queriam medir esse “atraso de grupo” e entender se ele dependia do destino dos fótons — se a equipe absorvia os fótons ou os transmitia sem interação. Após três anos de planejamento, eles dispararam fótons através de uma nuvem de átomos de rubídio ultra congelados. Surpreendentemente, os fótons podiam passar ilesos, mas os átomos ainda se excitavam. Quando absorvidos, pareciam ser reemitidos quase instantaneamente.

A equipe colaborou com Howard Wiseman, da Universidade Griffith, para desenvolver uma explicação teórica. Eles descobriram que o tempo que os fótons passaram como excitações atômicas correspondia exatamente ao atraso de grupo esperado, mesmo quando pareciam ser reemitidos antes que a excitação tivesse diminuído. Sinclair observou que a absorção e reemissão dos fótons não ocorrem em um intervalo fixo, mas em uma faixa temporal probabilística, permitindo a possibilidade de tempos de trânsito instantâneos ou negativos.

Resultados surpreendentes

Os resultados sugerem que os fótons se movem mais rapidamente ao excitar os átomos do que quando os átomos estão em seu estado fundamental, sem violar a teoria da relatividade de Einstein. Entretanto, Sinclair explicou que, se construíssemos um relógio quântico para medir o tempo em que os átomos permanecem excitados, o ponteiro poderia se mover para trás em certas circunstâncias.

Implicações da descoberta

Embora o fenômeno seja impressionante, ele não altera a nossa compreensão do tempo, mas reafirma que o mundo quântico ainda guarda mistérios. Todavia, Sinclair elogia o trabalho da equipe, que levanta questões sobre a história dos fótons em meios absorventes e exige uma reinterpretação do significado físico do atraso de grupo em óptica.

A pesquisa foi publicada no servidor de pré-impressão arXiv.org e ainda não passou pela revisão por pares.

Fonte: Scientific American