Un equipo de investigación de la Universidad de Toronto, liderado por Aephraim Steinberg, hizo un descubrimiento significativo: el tiempo negativo. Sus hallazgos revelan un comportamiento sorprendente y contraintuitivo de las partículas cuánticas, lo que ha llevado a una reevaluación de cómo opera el tiempo en el ámbito cuántico. Estos resultados son especialmente sorprendentes, ya que desafían las comprensiones convencionales de la excitación atómica y la interacción entre la luz y la materia.
Los experimentos del equipo se centraron en los átomos de rubidio ultrafríos y su interacción con los fotones. El experimento consistió en pasar fotones a través de una nube de estos átomos y medir cómo respondían los átomos a la luz. Para su sorpresa, los investigadores observaron dos resultados inusuales: Incluso cuando los fotones pasaban por la nube de átomos sin ser absorbidos, los átomos de rubidio aún se excitaban, como si hubieran interactuado con los fotones. En los casos en que los átomos absorbían fotones, la reemisión de los fotones ocurría casi instantáneamente, mucho más rápido de lo esperado, lo que sugiere que los fotones salían de los átomos antes de que se completara el proceso usual de excitación atómica.
Estos resultados sugirieron algo inusual, quizás incluso tiempo negativo, lo que llevó al equipo a colaborar con Howard Wiseman, un físico cuántico de la Universidad Griffith, para desarrollar un modelo teórico.
En la física clásica, el tiempo es un concepto sencillo, pero en el mundo cuántico, el tiempo se comporta de manera diferente. El equipo descubrió que el tiempo que los fotones transmitidos pasaban en un estado atómico excitado se correlacionaba perfectamente con el retardo de grupo de la luz, un fenómeno que describe el desplazamiento en el pico de un pulso de luz a medida que se mueve a través de un medio. Sin embargo, en este caso, los resultados implicaban que los fotones, de alguna manera, salían antes de que la excitación se hubiera completado completamente, sugiriendo la posibilidad de tiempo de permanencia negativo.
¿Qué significa esto en la física cuántica? En el ámbito cuántico, los eventos suelen ocurrir de maneras no intuitivas. Las partículas, como los fotones, existen en estados probabilísticos, donde pueden parecer violar nuestra experiencia normal del tiempo. El tiempo negativo sugiere que algunas partículas cuánticas pueden comportarse como si estuvieran experimentando el tiempo al revés, aunque esto no viola ninguna ley física, incluida la teoría de la relatividad de Einstein. En lugar de ello, revela que los fotones a veces pueden comportarse de maneras que parecen desafiar las expectativas temporales tradicionales.
Este descubrimiento del tiempo negativo puede ayudar a explicar los comportamientos extraños y contraintuitivos de las partículas cuánticas, en particular, cómo los eventos en el ámbito cuántico pueden parecer que ocurren fuera de orden o simultáneamente. Por ejemplo, los fotones, las partículas de luz, pueden exhibir comportamientos donde parecen estar en varios lugares a la vez, o donde su movimiento a través del tiempo no sigue la progresión lineal que típicamente observamos en eventos físicos a gran escala.
Este fenómeno está alineado con los conocimientos de la mecánica cuántica, donde las partículas no siguen estrictamente las ideas clásicas de causa y efecto. En lugar de ello, siguen probabilidades cuánticas, lo que permite estas ocurrencias extrañas, como los fotones comportándose como si hubieran interactuado con los átomos sin absorción directa.
El hallazgo del tiempo negativo también plantea nuevas preguntas sobre cómo se entienden el retardo de grupo y la excitación atómica en la óptica y la electrodinámica cuántica. Daniela Angulo, una figura clave en los experimentos de seguimiento, confirmó aún más los comportamientos extraños observados en estos experimentos, consolidando el descubrimiento como un fenómeno cuántico real y replicable.
Además, estos experimentos desafían las suposiciones actuales sobre la interacción entre la luz y la materia, empujando los límites de la teoría cuántica y llevando a los físicos a reconsiderar cómo funciona el tiempo en los sistemas cuánticos. El tiempo negativo también podría tener implicaciones prácticas en la computación cuántica, la teletransportación y otras tecnologías cuánticas que dependen de la manipulación de partículas cuánticas a lo largo del tiempo.