La pubblicazione dei risultati di esperimenti condotti da un team dell’Università di Toronto fornisce evidenze sperimentali che un fotone può trascorrere un tempo negativo come eccitazione atomica durante la sua propagazione attraverso un mezzo.
Il concetto di “tempo negativo” emerge in contesti di meccanica quantistica, in particolare quando si analizza il ritardo di gruppo di un impulso luminoso che attraversa un mezzo dispersivo. Tradizionalmente, il ritardo di gruppo è associato al tempo medio che un fotone impiega per attraversare un materiale. Tuttavia, in prossimità di una risonanza atomica, questo ritardo può assumere valori negativi, suggerendo che il picco dell’impulso trasmesso possa emergere prima del picco dell’impulso incidente.
Uno degli autori della ricerca è Aephraim Steinberg, professore esperto in fisica quantistica sperimentale, che negli ultimi anni ha approfondito il concetto di tempo negativo, distinguendolo chiaramente da quello dei viaggi nel tempo. “Si tratta di un tema complesso, difficile da spiegare anche tra fisici. Veniamo spesso fraintesi,” affermò Steinberg nelle prime interviste in cui i giornalisti gli chiesero di illustrare la sua attività di ricerca.
Per investigare questo fenomeno, i ricercatori hanno utilizzato l’effetto cross-Kerr per misurare l’eccitazione atomica indotta da un fotone trasmesso. Hanno inviato un impulso laser risonante (segnale) attraverso un mezzo atomico e hanno monitorato la fase di un secondo fascio laser debole e fuori risonanza (probe). La variazione di fase del fascio probe è proporzionale al numero di atomi eccitati dal fascio segnale, permettendo una misura indiretta del tempo medio di eccitazione atomica.
I risultati sperimentali mostrano che il tempo medio di eccitazione atomica causato da un fotone trasmesso corrisponde al ritardo di gruppo sperimentato dal fotone stesso, anche quando questo ritardo è negativo. In particolare, sono stati misurati tempi di eccitazione medi che variano da (-0,82 ± 0,31)τ₀ per impulsi a banda stretta a (0,54 ± 0,28)τ₀ per impulsi a banda larga, dove τ₀ rappresenta il tempo di eccitazione senza post-selezione, definito come il prodotto della probabilità di scattering e il tempo di vita atomico.
Queste osservazioni suggeriscono che i valori negativi del ritardo di gruppo possiedono un significato fisico più profondo di quanto precedentemente riconosciuto. Invece di essere semplicemente un artefatto matematico, un ritardo di gruppo negativo riflette una reale interazione quantistica tra fotoni e atomi, in cui l’eccitazione atomica media può essere negativa, indicando una sorta di “anticipo” nel processo di eccitazione e de-eccitazione.
È importante sottolineare che questo fenomeno non implica una violazione della causalità o la possibilità di comunicazione superluminale. Il concetto di tempo negativo in questo contesto si riferisce specificamente al comportamento delle eccitazioni quantistiche e non deve essere confuso con nozioni di viaggio nel tempo o inversione temporale nel senso macroscopico.
Questi risultati aprono nuove prospettive nella comprensione dei processi di interazione luce-materia a livello quantistico e potrebbero avere implicazioni significative per lo sviluppo di tecnologie avanzate in ottica quantistica e comunicazione.
Fonte: Arxiv
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