Negative Zeit könnte real sein: Licht scheint Atome vor dem Eintritt zu verlassen

Howard Wiseman, PhD, theoretischer Quantenphysiker an der Griffith University und Mitautor der Studie, betonte, dass die Ergebnisse nicht als Beleg für praktische Zeitreisen missverstanden werden dürfen. „Alles lässt sich mit der Standardphysik erklären, doch es handelt sich dabei um eine weitere seltsame Eigenschaft der Quantenphysik, die man noch nicht vermutet hatte", fügte er hinzu.

Der Effekt der negativen Zeit Nach Angaben der Wissenschaftler tritt das Phänomen auf, wenn ein Lichtstrahl durch eine Wolke aus Atomen wandert. Photonen, die kleinstmöglichen Lichtteilchen, verschwinden kurzzeitig, indem sie in Atome absorbiert werden.

Sie wandeln sich vorübergehend in gespeicherte Energie, sogenannte atomare Anregungen, um und werden daraufhin erneut emittiert. Eine Studie aus dem Jahr 1993 deutete darauf hin, dass sich einige Photonen, die durch diese atomaren Wolken reisten, scheinbar früher an Detektoren einstellten, als erwartet.

Was die Studie zeigt

In manchen Fällen schien der Lichtimpuls sogar vor dem vollständigen Eintritt des Impulszentrums in die Wolke zu erscheinen. Dies implizierte eine negative Durchlaufzeit. Wissenschaftler zu dieser Zeit vermuteten, dass es einen einfacheren Grund für diesen Effekt geben könnte.

Sie behaupteten, dass Photonen am vorderen Ende des Impulses möglicherweise eher durchdringen konnten als solche am hinteren Ende, was den Eindruck eines schnelleren Durchgangs erzeugte. „Die Menschen haben sich selbst davon überzeugt, dass dies nicht so verrückt klingt, wie es scheint", sagte Wiseman zu Live Science.

Nun, um endgültig zu prüfen, ob der Effekt real war, änderten er und seine Kollegen den Ansatz und beobachteten die Wechselwirkung der Atome mit dem Licht. Überprüfung des Rätsels Um abzuschätzen, wie lange die Photonen effektiv in der Wolke verblieben, maß das Team, wie lange die Atome in einem angeregten Zustand verweilten.

Ein zweiter Lichtstrahl half ihnen, winzige

Ein zweiter Lichtstrahl half ihnen, winzige Phasenverschiebungen zu detektieren, die mit den Anregungsniveaus der Atome zusammenhängen. Dies ermöglichte es den Atomen, im Echtzeitverlauf zu offenbaren, was während des Experiments geschah. Die Ergebnisse stimmten mit früheren Befunden überein, da die Atome eine negative Wechselwirkungszeit zu zeigen schienen.

Quantensysteme sind extrem empfindlich gegenüber Beobachtung, was bedeutet, dass ihre Messung in bestimmten Fällen das Phänomen vollständig stören kann. Um dies zu vermeiden, stützte sich das Team auf „schwache Messungen". Diese Methode verursacht zwar deutlich weniger Störung, erzeugt jedoch enorme Mengen an Rauschen.

Um ein klares Signal zu erhalten, wiederholte das Team das Experiment etwa eine Million Mal. Die Datenerfassung über mehrere experimentelle Aufbauten hinweg dauerte rund.

Was die Studie zeigt

Wiseman betonte, dass einfache Wechselwirkungen zwischen Photonen und Atomen seit fast 100 Jahren untersucht werden. „Dass es auch nach all dieser Zeit immer noch Überraschungen zeigen kann, ist interessant", fasste er zusammen. Die Forscher beabsichtigen nun, Photonen zu untersuchen, die aus der Wolke herausgestreut werden, anstatt sie hindurchzulassen.

Einige Theorien sagen voraus, dass die gestreuten Photonen den negativen Zeiteneffekt ausgleichen könnten, da sie zusätzliche positive Anregungszeit mit sich führen. Die Studie wurde in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.