Tempo negativo encontrado em experimento? Entenda efeito que físicos encontraram

Uma das áreas mais importantes da Física é a Mecânica Quântica que descreve o comportamento de partícula e interações. O que mais chama atenção é os tipos de bizarrices que são encontrados no domínio da Mecânica Quântica. Um deles sendo a superposição de estados onde partículas existem em dois diferentes estados até serem observadas. O conceito ficou famoso com o experimento mental chamado gato de Schrödinger.

Até mesmo Albert Einstein era um crítico da Mecânica Quântica principalmente quando se tratava do emaranhamento quântico. Einstein chamava o efeito de algo assombroso e não concordava com as explicações. O fenômeno descreve quando duas partículas estão entrelaçadas de tal forma que o estado de uma delas afeta instantaneamente o estado da outra, independentemente da distância entre elas.

Agora mais uma descoberta adiciona as bizarrices da Mecânica Quântica onde em um experimento usando átomos de rubídio, físicos encontraram um “tempo negativo”. Experimento que foi realizado em 2022 teve uma explicação publicada nesse mês onde há o argumento que o tempo pode ter valores negativos. Mas resultado não sugere viagens no tempo então o que significa?

Excitação atômica

Compreender a relação entre luz e matéria é um dos pontos principais da Mecânica Quântica e uma forma é através da excitação atômica. Isso acontece quando um fóton é absorvido por um átomo e transfere energia para esse átomo. Dependendo da quantidade de energia, ela é suficiente para fazer com que um dos elétrons seja colocado em um nível de energia mais alto. Esse estado é chamado de estado excitado do átomo.

Na natureza, todos os sistemas tendem a ir pro menor nível de energia possível e isso acontece com átomos que estão em estado excitado. Quando átomo retorna para seu estado fundamental, ele libera a energia que foi absorvida através da emissão de fótons. A luz emitida tem uma diferença de comprimeno associada com a diferença de níveis de energia do elétron.

Experimento

O processo de absorção e reemissão dos fótons causam um processo de atraso quando a luz passa por uma região com átomos. Com isso, um grupo de físicos da Universidade de Toronto propuseram medir o tempo de atraso. A ideia era que o tempo dependia de se a luz interagia com átomos ou passava direto sem interação. Com isso eles montaram um experimento onde fótons eram atirados em uma nuvem de átomos de rubídio próximo ao zero absoluto.

O grupo obteve dois resultados que chamaram a atenção. O primeiro foi que os fótons podiam passar sem interação mas os átomos de rubídio ainda ficavam excitado como se tivessem absorvido os fótons. O segundo foi que quando fótons eram absorvidos, eles pareciam ser reemitidos instantaneamente, antes mesmo dos átomos de rubídio poderem retornar ao estado fundamental.

Tempo negativo

O experimento deu a impressão que os fótons saíam dos átomos mais rápido do que era esperado. Até mesmo que os fótons eram reemitidos antes mesmo de serem absorvidos. A explicação seria que os fótons tem uma probabilidade de tempo que demora todo esse processo. E em alguns casos, há a probabilidade da passagem terminar antes do átomo retornar ao estado fundamental.

Dessa forma, se colocar um relógio quântico para medir o tempo de entrada e saída do átomo em comparação com a excitação do átomo, poderia observar tempos negativos. E alguns experimentos até sugerem que o fóton parece até mesmo ir mais rápido quando interage com os átomos do que quando passa em interação. Dois efeitos que são paradoxal e contraintuitivos quando é observado.

Viagem no tempo?

A primeira ideia é que tempo negativo então seria associado à viagem no tempo ou que o fóton estaria quebrando a causalidade. No entanto, a realidade é um pouco menos absurda que isso. Os efeitos observados ainda concordam com a relatividade de Einstein. Além disso, os fótons não estão passando nenhum tipo de informação logo não tem nada sendo passado com velocidades maiores do que a da luz.

Ainda assim, a descoberta chama atenção e mostra mais uma das estranhezas associadas à Mecânica Quântica.

Referência da notícia

Angulo et al. 2024 Experimental evidence that a photon can spend a negative amount of time in an atom cloud arXiv