Fótons mais rápidos que a luz desafiam a ordem do tempo
O fato de a física quântica lidar com fenômenos que pareceriam esquisitos para a física clássica acaba de nos fornecer mais um exemplo que poderia soar estranho: um experimento recente mostrou que alguns fótons, também conhecidos como partículas-ondas de luz, demoram uma quantidade de tempo negativo para atravessar uma nuvem de átomos.
No estudo, ainda não revisto por pares, pesquisadores liderados por Daniela Ângulo, da Universidade de Toronto no Canadá (UofT), afirmam ter observado fótons saindo de uma nuvem ultrafria de rubídio antes mesmo de entrar nela. Foi a primeira vez que uma equipe de cientistas detectou indícios de tempo negativo.
Coautor do trabalho, o físico, Aephraim Steinberg, também da UofT, comemorou no X: “Levou um tempo positivo, mas nosso experimento observando que os fótons podem fazer com que os átomos pareçam passar um tempo 'negativo' no estado excitado acabou!”. O estudo se encontra hospedado no servidor de pré-impressão arXiv.org.
Como medir um atraso de tempo negativo?
Quando fala em tempo positivo para concluir o experimento, Steinberg se refere especificamente ao ano de 2017, quando ele e um colega de laboratório, chamado Josiah Sinclair, se interessaram por um fenômeno da física conhecido como excitação atômica, ainda durante seu tempo de doutorado.
A excitação atômica ocorre quando átomos capturam fótons, fazendo com que seus elétrons saltem para níveis de energia mais altos. Quando esses elétrons excitados retornam ao seu estado original, eles liberam a energia absorvida na forma de fótons. Este processo de absorção e reemissão pode causar um atraso na propagação da luz através do material.
A consequência disso é uma velocidade de grupo aparentemente menor do que a velocidade da luz no vácuo. É esse atraso que a equipe de Sinclair queria medir, para definir o que acontece com os fótons individuais durante sua passagem pela nuvem atômica: eles são espalhados e absorvidos dentro da nuvem atômica ou passam diretamente pela nuvem sem nenhuma interação?
Testando atrasos de fótons em laboratório
Em 2017, os dois amigos começaram a indagar seus orientadores sobre a causa desse atraso, diz Sinclair à Scientific American. "Mas quanto mais pessoas entrevistávamos, mais percebíamos que, embora cada um tivesse sua própria intuição ou palpite, não havia um consenso de especialistas sobre qual seria a resposta certa", afirmou.
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