物理學家發現量子現象「負時間」的最新證據

物理學家最近發現了一種奇特的量子現象，稱為負時間，這種現象使光子似乎在完全進入原子雲之前就已經離開。這一奇怪的量子效應是在加拿大多倫多大學和澳大利亞格里菲斯大學的科學家進行的一項實驗中揭示的。研究團隊在光線穿過原子時，直接監測了這些原子。他們並不是觀察光子何時到達探測器，而是追蹤光子通過時原子從基態轉變為激發態的情況。格里菲斯大學的理論量子物理學家霍華德·維斯曼（Howard Wiseman）博士及該研究的共同作者表示，這些結果不應被誤解為實際的時間旅行證據。

他補充道：「這一切都可以用標準物理來理解，但這仍然是量子物理中人們未曾懷疑的一種奇特性質。」

根據科學家的説法，這一現象發生在光束穿過一雲原子時。光子，即光的最小粒子，短暫消失，因為它們被原子吸收。它們暫時轉變為被稱為原子激發的儲存能量，然後再次被釋放。一項 1993 年的研究表明，一些穿過這些原子雲的光子似乎比預期更早到達探測器。在某些情況下，光脈衝似乎在脈衝中心完全進入雲之前就已經出現，這暗示了負的傳輸時間。當時的科學家表示，這一效應可能有更簡單的解釋。

他們聲稱，脈衝前面的光子可能更有可能通過，而不是後面的光子，這造成了更快旅行的錯覺。維斯曼告訴《現場科學》，人們一直在説服自己，這並不像聽起來那麼瘋狂。

負時間現象在量子物理中的重要性

為了最終測試這一效應是否真實，他和他的同事改變了方法，觀察原子與光的相互作用。為了估算光子在雲中實際停留的時間，團隊測量了原子保持激發態的時間。第二束光幫助他們檢測與原子激發水平相關的微小相位變化。這使得原子能夠即時揭示實驗中發生的情況。結果與早期的發現一致，原子似乎揭示了負的相互作用時間。量子系統對觀察非常敏感，這意味著在某些情況下，測量它們可能會完全乾擾該現象。

為了防止這種情況，團隊依賴於「弱測量」。然而，雖然這種方法引入的幹擾要少得多，但卻產生了大量的噪音。為了獲得清晰的信號，團隊大約重複了實驗一百萬次，並在多個實驗設置中進行數據收集，大約花費了 70 小時。維斯曼表示，簡單的光子-原子相互作用已經研究了近 100 年。他總結道：「僅僅是它在這麼長時間後仍然能顯示出驚喜，這一點就很有趣。」

研究人員現在的目標是調查從雲中散射的光子，而不是穿過光子。一些理論預測，散射的光子可能會抵消負時間效應，因為它們攜帶額外的正激發時間。該研究已發表在《物理評論快報》期刊上。