Kuantum fiziği, sıradan insanların aklını karıştıran garip olaylarla dolu bir alan. Şimdiyse Toronto Üniversitesi‘nden bir araştırma ekibi, bu alana yeni ve şaşırtıcı bir bulgu ekledi: Işık parçacıkları, yani fotonlar, soğutulmuş atom bulutlarından geçerken “negatif zaman” harcayabiliyorlar. Başka bir deyişle, fotonlar bir malzemeden çıkarken, henüz o malzemeye girmemiş gibi görünebiliyorlar.
Toronto Üniversitesi’nden fizikçi Prof. Dr. Aephraim Steinberg, X (eski adıyla Twitter) platformunda yaptığı paylaşımda, “Deneyimiz pozitif bir süre aldı, ama fotonların atomların uyarılmış halde negatif bir süre geçirmesini gözlemlediğimiz deneyimiz tamamlandı!” diyerek bu ilginç çalışmayı duyurdu. Araştırma, 5 Eylül’de arXiv.org ön baskı sunucusuna yüklendi ve henüz hakem değerlendirmesinden geçmedi.
Bu çalışmanın temelleri 2017’de atıldı. O dönemde Steinberg ve ekibi, ışık ile madde arasındaki etkileşimi, özellikle de atomik uyarılma olarak bilinen olguyu inceliyorlardı. Bu olgu, fotonların bir ortamdan geçerken emilmesi ve bu sırada atomların elektronlarının daha yüksek enerji seviyelerine sıçraması olarak tanımlanıyor. Uyarılmış elektronlar eski hallerine dönerken, emilen enerjiyi yeniden foton olarak yayıyorlar. Bu süreç, ışığın ortamdan geçiş süresinde bir gecikmeye neden oluyor.
Ekip, bu gecikme süresini ölçmek ve bunun fotonun akıbetine bağlı olup olmadığını öğrenmek istedi. Foton atom bulutunda saçılıp emildiğinde mi, yoksa hiç etkileşime girmeden geçtiğinde mi farklı bir gecikme oluyordu? Bu temel soru, beklenmedik bir şekilde fizikçiler arasında bir fikir birliği olmadığını ortaya çıkardı.
Üç yıllık bir hazırlık sürecinin ardından, ekip laboratuvarda bu soruyu test etmek için bir düzenek geliştirdi. Deneylerinde fotonları aşırı soğuk rubidyum atomlarından oluşan bir buluttan geçirdiler ve atomların uyarılma derecesini ölçtüler. Sonuçlar iki sürpriz içeriyordu: Bazen fotonlar hiç zarar görmeden geçiyor, ancak rubidyum atomları yine de uyarılıyor ve bu uyarılma, fotonları emmiş gibi aynı süre devam ediyordu. Daha da garibi, fotonlar emildiğinde, neredeyse anında yeniden yayılıyor gibiydi – sanki fotonlar, ortalama olarak, beklenenden daha hızlı atomları terk ediyordu.
Ekip daha sonra bu garip sonuçları açıklamak için Avustralya’daki Griffith Üniversitesi‘nden kuramsal ve kuantum fizikçisi Prof. Dr. Howard Wiseman ile iş birliği yaptı. Ortaya çıkan kuramsal çerçeve, bu iletilen fotonların atomik uyarılma olarak geçirdiği sürenin, ışığın kazandığı beklenen grup gecikmesiyle mükemmel bir şekilde eşleştiğini gösterdi – hatta fotonların atomik uyarılma sona ermeden önce yeniden yayıldığı görünen durumlar için bile.
Angulo ve meslektaşlarının deneyindeki ölçüm sonuçları, fotonların atomları uyardığında, atomlar temel durumlarında kaldığı zamana göre ortamdan daha hızlı geçtiğini gösteriyor. (Fotonlar herhangi bir bilgi iletmediği için, bu sonuç Einstein’ın özel görelilik kuramının koyduğu “hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez” hız sınırıyla çelişmiyor.)
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü‘nde (MIT) doktora sonrası araştırmacı Dr. Josiah Sinclair, “Negatif bir zaman gecikmesi paradoksal görünebilir, ama bunun anlamı şu: Eğer atomların uyarılmış durumda ne kadar zaman geçirdiğini ölçmek için ‘kuantum’ bir saat yapsaydınız, saat ibresi belirli koşullar altında ileri değil geri hareket ederdi.” diye açıklıyor. Başka bir deyişle, fotonların atomlar tarafından emildiği süre negatif oluyor.
Bu olgu şaşırtıcı olsa da, zamanın kendisi hakkındaki anlayışımız üzerinde bir etkisi yok. Ancak bir kez daha kuantum dünyasının bizi şaşırtmaya devam ettiğini gösteriyor.
Dr. Sinclair, “Angulo ve ekibin geri kalanı gerçekten etkileyici bir şey başardı ve güzel bir ölçüm seti üretti. Sonuçları, emici ortamlardan geçen fotonların geçmişi hakkında ilginç sorular ortaya atıyor ve optikte grup gecikmesinin fiziksel anlamının yeniden yorumlanmasını gerektiriyor.” diyerek çalışmanın önemini vurguladı.
