La fisica è diventata ancora più strana. E forse è un bene.
I fisici hanno misurato un fenomeno che sulla carta sembra un’assurdità: i fotoni sembrano interagire con gli atomi per un periodo di tempo negativo.
Prima di prendere la macchina del tempo, ascoltami.
Aiuta pensare a Omero. Nello specifico, Ulisse. Ci vollero dieci anni per tornare da Troia a Itaca. Ma per cinque di quegli anni rimase sull’isola di Calipso. Se sua moglie Penelope gli avesse chiesto perché era in ritardo, avrebbe potuto sorridere e dire: “In realtà me ne sono andato cinque anni fa”. Meno di niente. Un deficit.
Questo è essenzialmente ciò che è successo ai nostri fotoni.
Il nostro team, incluso Aephraim Steinberg dell’Università di Toronto, ha pubblicato i nostri risultati in Physical Review Letters. Abbiamo inviato particelle di luce attraverso una nuvola di atomi di rubidio. Non sono semplicemente passati. Hanno interagito. E lo hanno fatto in un modo che suggerisce che abbiano trascorso un tempo negativo con gli atomi.
Come viene ritardata la luce (o sì?)
I fotoni sono pacchetti di luce. Quando colpiscono il bersaglio giusto trasferiscono energia all’atomo. L’atomo si eccita. Il fotone effettivamente “dimora” lì. Quindi viene rilasciato.
Ciò richiede risonanza. Il fotone deve avere l’esatta energia necessaria per portare un atomo di rubidio a uno stato più elevato.
Ma ecco il problema. Il principio di indeterminazione di Heisenberg.
Se l’energia del fotone è perfettamente definita, i suoi tempi devono essere confusi. L’impulso luminoso diventa lungo. Una sfocatura.
Allora quando entrerà nel cloud? Non lo sai esattamente. Conosci solo la media.
Se il fotone passa direttamente attraverso è un’odissea di probabilità. Di solito i fotoni si diffondono. Rimbalzano. Mancano completamente il loro obiettivo. Ma a volte uno ce la fa.
Quando lo fa succede qualcosa di strano.
Calcola l’ora di arrivo in base a quando è entrato supponendo che si sia mosso alla velocità della luce. I calcoli dicono che dovrebbe arrivare più tardi. Perché abitava.
Non è così.
Arriva presto.
In effetti arriva così presto che i calcoli suggeriscono che sia uscito prima di entrare. Tempo negativo.
Lo abbiamo visto nel 1993. Ma la maggior parte dei fisici non se ne è accorta. Lo chiamavano artefatto. Solo un trucco del bordo anteriore dell’impulso luminoso che riesce a passare mentre il resto viene disperso. Spiegazione conveniente. Licenziamento facile.
Chiedere agli atomi cosa sanno
Aephraim non era soddisfatto di quella storia. Voleva delle prove. Non solo dall’arrivo del fotone ma dagli atomi stessi.
Dovevamo chiedere agli atomi di rubidio: Quanto tempo è rimasto l’ospite?
È qui che le cose diventano complicate.
Nella meccanica quantistica l’atto di osservazione modifica la realtà. Se guardiamo troppo attentamente, congeliamo il sistema. Si chiama effetto Zeno quantistico. Guardare il gatto ferma la sovrapposizione di Schrödinger. O nella nostra cornice mitologica guardare Calipso le impedisce di trattenere Ulisse.
Avevamo bisogno di guardare. Ma dovevamo essere gentili.
Inserisci misure deboli.
Abbiamo sparato un debole laser secondario attraverso la nuvola atomica. Non correlato all’esperimento del singolo fotone. Questa sonda laser ha rilevato piccoli spostamenti nella fase della luce. Segni che un atomo era eccitato. Segni che l’energia del fotone era attualmente in giro.
Una corsa non ti dice nulla. Il segnale è troppo debole. Troppo rumoroso.
Quindi lo abbiamo fatto milioni di volte. Abbiamo calcolato la media dei dati. Il rumore si cancellò. La verità è rimasta.
Gli atomi erano d’accordo con i primi arrivati.
Il tempo di permanenza misurato all’interno della nuvola corrispondeva al tempo negativo calcolato dall’arrivo.
Due metodi diversi. Due segnali fisici completamente separati. Lo stesso numero impossibile.
Non è un artefatto. Non è un problema tecnico.
Questo uccide il vecchio argomento del “front edge”.
L’orario di arrivo potrebbe essere un capriccio statistico. Un bias di selezione in cui sopravvive solo il bordo anteriore. Non puoi discuterne quando misuri direttamente l’orologio interno dell’atomo.
Gli atomi non erano parziali. Hanno appena registrato quello che è successo. E hanno registrato tempi negativi.
Quindi questo significa che possiamo tornare indietro? Costruire una macchina? Visitare i nostri nonni?
Purtroppo no.
La fisica qui è standard. Bizzarro, sì. Di serie, purtroppo. Non ci sono scappatoie nella relatività qui. Nessuna violazione del nesso di causalità.
Ma il tempo negativo è reale.
Lascia un’impronta misurabile. Colpisce la nuvola atomica in modo tangibile.
Il che mi lascia con una domanda persistente. Se il tempo può essere negativo per una particella, dove è negativo per noi?
Pensavamo di aver compreso la linea temporale dell’universo. La ricerca quantistica suggerisce che la mappa presenta ancora dei punti vuoti. Terre inesplorate. Isole che non abbiamo visitato.
O forse dobbiamo solo guardare più attentamente. Con un raggio più debole.
“Il tempo negativo non è un artefatto.”
L’odissea continua.
Daniela Angulo, Kyle Thompson, Vida-Mich ell e Nixon, Andy Jiao, Howa rd M. Wisme an e Aep hraham M. Stein be rg, Phys ical R ev i e w Letters, 202 6
