Físicos acabam de confirmar uma das previsões mais bizarras da mecânica quântica: sob certas condições, fótons parecem atravessar uma nuvem de átomos em um tempo negativo — como se saíssem antes mesmo de entrar. A descoberta, publicada na Physical Review Letters, não abre caminho para máquinas do tempo, mas adiciona mais um capítulo à longa lista de fenômenos contraintuitivos do universo subatômico.
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“Tudo pode ser compreendido com a física padrão, mas é mais uma propriedade estranha da física quântica que as pessoas não suspeitavam”, disse ao Live Science o coautor Howard Wiseman, da Universidade Griffith, na Austrália.
Quando um feixe de luz cruza uma nuvem atômica, alguns fótons são absorvidos temporariamente pelos átomos. Eles desaparecem como partículas de luz e se transformam em energia armazenada — os átomos entram em um estado excitado — antes de serem reemitidos. A maioria dos fótons segue adiante, outros se espalham em direções aleatórias.
Experimentos realizados desde 1993 já indicavam que os fótons transmitidos (que seguem em frente) tendem a chegar ao detector antes do centro do pulso de luz entrar na nuvem, sugerindo um tempo de trânsito negativo. Mas havia uma explicação alternativa: os fótons na frente do pulso poderiam ter mais chances de atravessar. “As pessoas estavam se convencendo de que isso não era tão absurdo quanto parecia”, disse Wiseman.
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Medindo os átomos, não os fótons
Para resolver a questão, a equipe adotou uma abordagem diferente. Em vez de cronometrar a chegada dos fótons, eles monitoraram os próprios átomos. Usando um segundo feixe de laser, mediram por quanto tempo os átomos permaneciam no estado excitado — o que revela o tempo em que o fóton ficou “armazenado” neles.
O problema é que medir um sistema quântico o perturba. Para contornar isso, os pesquisadores usaram “medições fracas”, que são suaves, mas extremamente ruidosas. Foram necessárias cerca de 1 milhão de execuções do experimento, totalizando 70 horas de coleta de dados, para extrair um sinal claro do ruído.
O resultado confirmou a bizarrice: a medição atômica também indicou um tempo negativo. “Você obtém a mesma resposta se perguntar aos átomos: ‘Por quanto tempo o fóton permaneceu com você?’”, disse Wiseman. “Eles também lhe darão uma resposta, que é um tempo negativo.”
O próximo alvo da equipe são os fótons que não conseguem atravessar a nuvem e são espalhados. A teoria prevê que eles carregam um tempo de excitação positivo extra, suficiente para equilibrar o tempo negativo dos fótons transmitidos. Essa previsão ainda não foi testada.
“Mesmo em algo tão simples como um fóton interagindo com átomos, as pessoas já faziam cálculos sobre isso há quase 100 anos”, disse Wiseman. “O simples fato de ainda poder revelar surpresas depois de todo esse tempo é interessante.”
Lucas Soares
Lucas Soares é editor de Ciência e Espaço no Olhar Digital e formado em Jornalismo pela Universidade Presbiteriana Mackenzie.