Pesquisadores revelaram que fótons podem passar uma quantidade negativa de tempo através de uma nuvem de átomos resfriados. Em um novo experimento, as partículas de luz pareceram sair do material antes de entrar nele.
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Físicos da Universidade de Toronto realizaram um experimento em que fótons foram disparados através de uma nuvem de átomos ultrafrios. A ideia era medir o tempo que as partículas levariam para sair do material após provocarem a excitação atômica.
Desde 2017, os pesquisadores Aephraim Steinberg e Josiah Sinclair investigam a interação entre luz e matéria, focando no fenômeno da excitação atômica — quando os fótons passam por um meio, os elétrons dos átomos absorvem energia, saltando para níveis de energia mais altos.
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Ao voltarem ao seu estado original, os elétrons liberam a energia na forma de novos fótons, chamados de reemitidos, o que aparentemente provoca um leve atraso no tempo de trânsito da luz através do material.
Não existe um consenso sobre o que realmente acontece nesse período, conhecido como “atraso de grupo”. Devido à natureza contraintuitiva desses atrasos, alguns pesquisadores até consideraram o fenômeno irrelevante para descrever qualquer propriedade física da luz.
Os autores, no entanto, queriam saber se o fenômeno depende de como o fóton interage com a nuvem atômica. Assim, eles prepararam um experimento para disparar fótons através de átomos de rubídio ultrafrios e medir a excitação atômica resultante, bem como o tempo de travessia das partículas de luz.
Contrariando todas as expectativas, alguns dos fótons foram absorvidos pelos elétrons excitados e reemitidos quase instantaneamente, antes mesmo de os átomos retornarem ao estado fundamental, como se os fótons estivessem saindo dos átomos mais rápido do que o esperado.
Esse resultado desafia o entendimento atual sobre como fótons e elétrons interagem, e sugere que as partículas de luz passaram pelo material durante um período de tempo negativo.
Sinclair explica que “um atraso de tempo negativo pode parecer paradoxal, mas o que isso significa é que se você construísse um relógio ‘quântico’ para medir quanto tempo os átomos estão gastando no estado excitado, o ponteiro do relógio, sob certas circunstâncias, se moveria para trás em vez de para frente”.
O estudo foi disponibilizado no servidor de pré-impressão arXiv.org e aguarda revisão de pares.
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