Kuantum deneyinde kanıtlanmış negatif zaman süresi

Atom bulutundaki fotonlar

12 Eylül 2024 20:07 Robert Klatt

Bir kuantum fiziği deneyi, fotonların atom bulutunda negatif bir süre boyunca kalabileceğini göstermiştir. Negatif geçiş süresi bu nedenle fiziksel olarak anlamlı bir miktardır.

Toronto (Kanada). Son yıllarda kuantum fiziğinde, zamanın geriye doğru akabildiği bir fotondan oluşan kuantum sistemi de dahil olmak üzere çeşitli tuhaf olaylar keşfedildi. Şimdi Aephraim M. Steinberg liderliğindeki Toronto Üniversitesi’ndeki (UToronto) araştırmacılar, fotonların negatif bir süre boyunca bir atom bulutunda kalabileceğini deneysel olarak kanıtladılar.

“Kulağa çılgınca geliyor, biliyorum. Olumlu bir süre aldı, ancak fotonların atomların uyarılmış halde olumsuz bir süre harcamasına neden olabileceğini gözlemledik!

Ön baskı sunucusundaki yayına göre arXiv Fizikçilerin aklına deney fikri 2017 yılında geldi. Bu yıl Steinberg, madde ve ışık arasındaki etkileşimi araştırdı; bu etkileşim, ışık bir ortamda parladığında atomların kısa süreliğine uyarılmasına neden oluyor. Fotonlar kısa süreliğine emilir ve daha sonra yeniden yayılır.

Fotonların atom bulutları boyunca hareketi

Steinberg bir adım daha ileri giderek tek tek fotonların bir atom bulutu içerisinde nasıl hareket ettiğini incelemek istedi. Deneyin konsepti yaklaşık üç yıl sürdü.

“Bildiğim kadarıyla daha önce hiç sorulmamış bu kadar temel bir soruyu test edebilecek bir ölçüm geliştirmek inanılmaz derecede eğlenceli ve heyecan vericiydi.”

2020’de fizikçiler, ultra soğuk rubidyum atomlarından oluşan bir bulutun içinden tek tek fotonlar gönderdiler ve hafif parçacıkların atom bulutundan engellenmeden geçebildiklerini ve hala rubidyum atomlarını uyardıklarını gözlemlediler. Rubidyum atomları, sanki fotonları tamamen emmişler gibi uzun bir süre boyunca uyarıldı. Fizikçiler ayrıca atomun temel durumuna dönmeden hemen önce absorbe edilmiş bir foton yaydığını da gözlemlediler.

“Bu daha da beklenmedik bir şeydi. Sonuçta deney cevaplardan çok soruları gündeme getirdi.”

Foton absorpsiyon periyodu

Bu nedenle fizikçiler yakın zamanda atomun bir fotonu tam olarak ne kadar süre soğurduğunu belirleyen başka bir deney gerçekleştirdiler. Deney, foton soğurma süresinin, ışık parçacıklarının atom bulutu boyunca hareket ederken geciktiği süreye tam olarak karşılık geldiği, daha önce matematiksel olarak belirlenen tek değeri doğruluyor.

Ancak fotonların ortamda daha hızlı hareket etmesi durumunda bu gecikme negatif de olabilir. Bu, fotonlar atomları harekete geçirdiğinde ve atomlar temel durumlarında kalmadığında meydana gelir. Bu durumda foton emiliminin zaman periyodu negatiftir. Bu, özel görelilik teorisine aykırı değildir çünkü ışığın ortamdaki hızı boşluktadır.