Kuantum Fiziği Deneyinde 'Negatif Zaman' Kanıtı Bulundu

Kuantum Dünyasının Tuhaf Fenomenleri

Kuantum fizikçileri, tuhaf, görünüşte anlamsız fenomenlere aşinadır: atomlar ve moleküller bazen parçacık, bazen dalga gibi davranır; parçacıklar, büyük mesafelerde bile "uzaktan ürkütücü bir eylemle" birbirine bağlanabilir; ve kuantum nesneleri, Alice Harikalar Diyarında'daki Cheshire Kedisi'nin sırıtışından kendini ayırması gibi, kendilerini özelliklerinden ayırabilir.

Toronto'dan Şaşırtıcı Bir Bulguyu Ortaya Koyan Deney

Şimdi Toronto Üniversitesi'nden Daniela Angulo liderliğindeki araştırmacılar, başka bir tuhaf kuantum sonucunu ortaya çıkardı: ışığın dalga parçacıkları olan fotonlar, soğutulmuş atomlardan oluşan bir bulutun içinden geçerek negatif miktarda zaman geçirebilirler. Başka bir deyişle, fotonlar bir malzemeye girmeden önce ondan çıkıyor gibi görünebilir.

Aephraim Steinberg'in Açıklaması

Toronto Üniversitesi'nden fizikçi Aephraim Steinberg, X'te (eski adıyla Twitter) yeni çalışma hakkında yazdığı bir gönderide, "Olumlu miktarda zaman aldı, ancak fotonların atomların uyarılmış durumda negatif miktarda zaman geçirmesine neden olabildiğini gözlemlediğimiz deneyimiz sona erdi!" dedi.

Sinclair ve Ekibinin Planlaması

Bu çalışma, 5 Eylül'de ön baskı sunucusu arXiv.org'a yüklendi ve henüz hakem denetiminden geçmedi. Bu çalışma fikri 2017'de ortaya çıktı. O zamanlar Steinberg ve bir laboratuvar meslektaşı, o zamanlar doktora öğrencisi olan Josiah Sinclair, ışık ve maddenin etkileşimiyle ilgileniyorlardı, özellikle de atomik uyarılma adı verilen bir fenomenle: fotonlar bir ortamdan geçtiğinde ve emildiğinde, o ortamdaki atomların etrafında dönen elektronlar daha yüksek enerji seviyelerine atlar.

Negatif Zaman Gecikmesi Keşfi

Sinclair'in ekibi bu zaman gecikmesini (teknik olarak bazen "grup gecikmesi" olarak adlandırılır) ölçmek ve bunun o fotonun kaderine bağlı olup olmadığını öğrenmek istedi: Atom bulutu içinde dağılıp emilmiş miydi yoksa hiçbir etkileşim olmadan mı iletilmişti?

Laboratuvar Deneyi ve Şaşırtıcı Sonuçlar

Üç yıllık planlamanın ardından ekibi, bu soruyu laboratuvarda test etmek için bir cihaz geliştirdi. Deneyleri, ultra soğuk rubidyum atomlarından oluşan bir buluttan fotonlar fırlatmayı ve ortaya çıkan atomik uyarılma derecesini ölçmeyi içeriyordu.

Beklenmedik Bulgular

Deneyden iki sürpriz ortaya çıktı: Bazen fotonlar zarar görmeden geçiyordu, ancak rubidyum atomları yine de uyarılmıştı ve bu uyarılma, fotonları emmişler gibi uzun sürüyordu. Daha da tuhafı, fotonlar emildiğinde, rubidyum atomları temel durumlarına dönmeden çok önce, neredeyse anında yeniden yayılıyor gibi görünüyorlardı; sanki fotonlar ortalama olarak atomları beklenenden daha hızlı terk ediyormuş gibi.

Teorik Çerçeve ve Sonuçların Değerlendirilmesi

Ekip daha sonra Avustralya'daki Griffith Üniversitesi'nde teorik ve kuantum fizikçisi olan Howard Wiseman ile bir açıklama geliştirmek için iş birliği yaptı. Ortaya çıkan teorik çerçeve, bu iletilen fotonların atomik uyarım olarak geçirdiği zamanın, ışık tarafından edinilen beklenen grup gecikmesiyle mükemmel bir şekilde uyuştuğunu gösterdi; hatta fotonların atomik uyarım azalmadan önce yeniden yayılmış gibi göründüğü durumlarda bile.

Kuantum Saatlerinin İşleyişi

Sinclair, grup gecikmesi ile iletilen fotonların atomik uyarımlar olarak geçirdiği zaman arasındaki eşleşmeye atıfta bulunarak, "Bu tahminin bizi tamamen şaşırttığını söyleyebilirim," diyor.

Negatif Bekleme Süresi Deneyi

Steinberg'in X üzerinde övdüğü Angulo liderliğindeki bu takip deneyi, bir fotonun iletilebileceği iki yolu göz önünde bulundurarak anlaşılabilir. Birinde, foton bir tür göz bağı takar ve atomu tamamen görmezden gelerek başını sallamadan gider.

Sonuçların Yorumlanması

Angulo ve meslektaşlarının deneyindeki ölçüm sonuçları, fotonların atomları uyardıklarında atomların temel hallerinde kaldıkları zamandan daha hızlı ortamda hareket ettiğini göstermektedir.