El ‘tiempo negativo’ es real y los físicos lo han confirmado: qué significa y cómo se puede ir hacía atrás
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Un equipo internacional de físicos ha logrado observar un fenómeno que desafía nuestra percepción lineal de la realidad: el «tiempo negativo». Mediante un experimento con partículas de luz, los investigadores han mostrado que, en el ámbito cuántico, los eventos no siempre siguen una secuencia tradicional de causa y efecto. Este hallazgo sugiere que una partícula puede atravesar un material en un tiempo aparentemente inferior a cero. El estudio, liderado por la Universidad de Toronto y publicado en la revista científica Physical Review Letters, analizó el comportamiento de fotones al interactuar con nubes de átomos de rubidio antes de atravesarlas. Los resultados indicaron que estas partículas pueden abandonar la nube incluso antes de que la excitación atómica que generan haya finalizado su proceso de relajación.
Lejos de tratarse de un error experimental, este fenómeno se interpreta como una propiedad propia de la física cuántica que ha sido confirmada en laboratorio. En condiciones normales, cuando la luz atraviesa una nube de átomos, se produce una ligera ralentización debido a la transferencia temporal de energía entre la luz y la materia. Sin embargo, en este experimento , los científicos observaron que los fotones parecían completar su trayecto en un tiempo menor al esperado, llegando a registrar valores negativos en la medición temporal. Este resultado no implica que la partícula «viaje al pasado», sino que la forma en que se mide la interacción entre luz y materia en sistemas cuánticos puede dar lugar a interpretaciones contraintuitivas del tiempo.
La ciencia demuestra la existencia del ‘tiempo negativo’
Aunque el término “tiempo negativo” puede parecer propio de la ciencia ficción, Aephraim Steinberg, profesor de la Universidad de Toronto especializado en física cuántica experimental, defiende su uso con la intención de fomentar debates más profundos sobre los misterios de la física cuántica.
Hace años, el equipo comenzó a investigar las interacciones entre la luz y la materia. Cuando las partículas de luz, o fotones, atraviesan átomos, algunos son absorbidos y posteriormente reemitidos. Este proceso modifica temporalmente los átomos, llevándolos a un estado de «excitación», antes de regresar a su estado habitual.
En un estudio dirigido por Daniela Angulo, el equipo se propuso medir cuánto tiempo permanecían los átomos en ese estado de excitación. Según Steinberg, «ese tiempo resultó ser negativo», es decir, una duración inferior a cero. Para entenderlo de forma más intuitiva, se puede pensar en una analogía con vehículos entrando en un túnel. Antes del experimento, los físicos observaban que, si el tiempo medio de entrada de mil vehículos era el mediodía, algunos podían salir ligeramente antes, por ejemplo a las 11:59. Este tipo de variaciones se consideraban irrelevantes o simples fluctuaciones estadísticas.
Sin embargo, lo que Angulo y su equipo demostraron se asemeja a medir la calidad del aire dentro del túnel después del paso de los primeros coches y obtener valores con un signo negativo, algo que desafía la interpretación convencional del tiempo en estos sistemas.
Aun así, Steinberg y Angulo matizan: «no queremos sugerir que algo haya retrocedido en el tiempo, ya que esa sería una interpretación incorrecta». La clave está en la mecánica cuántica, donde partículas como los fotones no siguen trayectorias definidas, sino que se comportan de manera difusa y probabilística.
En lugar de ajustarse a un calendario rígido de absorción y emisión, estas interacciones ocurren dentro de un rango de tiempos posibles. «Hemos elegido las palabras adecuadas para comunicar los resultados. Los datos hablan por sí solos y estamos preparados para refinar nuestras interpretaciones a medida que nos familiaricemos más con lo que está sucediendo».
Estos resultados podrían tener aplicaciones futuras en metrología cuántica de alta precisión, mejorando la medición de tiempos ultrarrápidos en interacciones luz-materia. También pueden contribuir al desarrollo de comunicaciones cuánticas más eficientes.
«Cuando un fotón atraviesa una nube de átomos sin dispersarse, surge la pregunta de cuánto tiempo «pasa» en forma de excitación atómica. Para abordar esta cuestión, utilizamos el efecto Kerr cruzado para sondear débilmente el grado de excitación atómica causado por un fotón «señal» resonante transmitido, midiendo el cambio de fase inducido en un haz «sonda» separado y fuera de resonancia, seleccionando posteriormente los casos en los que el fotón señal es efectivamente transmitido.
La integral temporal de este cambio de fase observado, correctamente normalizada y promediada sobre muchas repeticiones en las que el fotón es detectado tras la transmisión, corresponde al tiempo de excitación de interés en un sentido de valor débil. En un rango de duraciones de pulso y profundidades ópticas, nuestros resultados son consistentes con la predicción teórica reciente de que el valor débil del tiempo de excitación atómica causado por un fotón transmitido es igual al retardo de grupo experimentado por la luz.
Nuestros resultados experimentales muestran que los tiempos negativos no se limitan a describir el desplazamiento del pico de un paquete de onda reconfigurado (como ocurre con el retardo de grupo), sino que también proporcionan la descripción adecuada del tiempo de valor débil que el fotón pasa como excitación atómica», concluyen.
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