Cientistas confirmam ‘tempo negativo’ em experimento quântico

Um fenômeno quântico intrigante conhecido como tempo negativo, onde fótons parecem sair de uma nuvem de átomos antes mesmo de entrar completamente, foi comprovado por cientistas. O experimento, conduzido por pesquisadores da Universidade de Toronto, no Canadá, e da Universidade Griffith, na Austrália, utilizou aproximadamente um milhão de medições quânticas fracas para revelar o efeito.

Ao invés de observar quando os fótons atingiam um detector, os cientistas monitoraram a mudança dos átomos de um estado fundamental para um estado excitado à medida que os fótons passavam por eles. Howard Wiseman, PhD, físico teórico quântico da Universidade Griffith e coautor do estudo, esclareceu que o resultado não deve ser confundido com viagem no tempo prática. ‘Pode ser compreendido com a física padrão, mas é mais uma propriedade estranha da física quântica que as pessoas não suspeitavam’, acrescentou.

O efeito de tempo negativo ocorre quando um feixe de luz atravessa uma nuvem de átomos. Os fótons, as menores partículas possíveis de luz, desaparecem brevemente sendo absorvidos pelos átomos, transformando-se temporariamente em energia armazenada, conhecida como excitação atômica, antes de serem emitidos novamente. Um estudo de 1993 sugeriu que alguns fótons movendo-se através dessas nuvens atômicas pareciam chegar aos detectores mais cedo do que o esperado. Em alguns casos, o pulso de luz parecia emergir antes que o centro do pulso tivesse entrado completamente na nuvem, implicando um tempo de trânsito negativo.

Cientistas na época argumentaram que havia uma explicação mais simples para o efeito, afirmando que os fótons na frente do pulso poderiam ter sido mais propensos a passar do que os na parte de trás, criando a ilusão de uma viagem mais rápida. ‘As pessoas estavam convencendo a si mesmas de que isso não era tão louco quanto parecia’, disse Wiseman ao Live Science. Para finalmente testar se o efeito era real, ele e seus colegas alteraram sua abordagem e observaram os átomos interagindo com a luz.

Para estimar quanto tempo os fótons permaneciam efetivamente dentro da nuvem, a equipe mediu quanto tempo os átomos permaneceram em um estado excitado. Um segundo feixe de luz ajudou a detectar pequenos deslocamentos de fase ligados aos níveis de excitação dos átomos. Isso permitiu que os átomos revelassem o que estava acontecendo durante o experimento em tempo real, alinhando-se com os achados anteriores, pois os átomos pareciam revelar um tempo de interação negativo.

Sistemas quânticos são muito sensíveis à observação, o que significa que medir esses sistemas pode, em certos casos, perturbar completamente o fenômeno. Para evitar isso, a equipe usou ‘medições fracas’. Embora esse método introduza muito menos perturbação, produz uma quantidade enorme de ruído. Para obter um sinal claro, a equipe repetiu o experimento cerca de um milhão de vezes, com a coleta de dados em várias configurações experimentais levando aproximadamente 70 horas. Wiseman destacou que as interações simples entre fótons e átomos têm sido estudadas há quase 100 anos. ‘O fato de ainda poder mostrar surpresas depois de todo esse tempo é interessante’, concluiu.

Os pesquisadores agora pretendem investigar fótons que se dispersam fora da nuvem, em vez de passarem por ela. Algumas teorias preveem que os fótons dispersos poderiam compensar o efeito de tempo negativo, pois carregam tempo extra de excitação positiva. O estudo foi publicado na revista Physical Review Letters. revelou uma pesquisa.