Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters. Физики использовали слабые измерения — специальный метод который почти не нарушает квантовую систему. Через облако атомов рубидия пропускали одиночные фотоны. Атомы имеют резонанс с фотонами: энергия фотона может временно перейти в атомное возбуждение, а затем вернуться обратно.

Изображение: ChatGPT

В большинстве случаев фотон рассеивался и не достигал цели. Но если фотон всё же проходил насквозь, он делал это аномально быстро. Он выходил из облака раньше чем должен был — как будто провёл внутри отрицательное количество времени. Этот эффект был известен ещё с 1993 года, но физики обычно считали его артефактом или погрешностью расчётов.

Авторы работы решили проверить его прямым измерением. Они направили через облако слабый лазерный луч не связанный с одиночным фотоном. Луч измерял небольшие изменения фазы которые показывали возбуждены ли атомы. Миллионы повторений эксперимента позволили усреднить данные и получить точное значение.

Результат удивил самих исследователей. Время которое фотон провёл внутри облака оказалось отрицательным — и точно соответствовало времени рассчитанному по задержке выхода фотона. То есть два разных метода дали один и тот же отрицательный результат.

Отрицательное время — это не путешествие в прошлое, а чисто квантовый эффект предсказанный стандартной физикой. Он становится возможным из-за соотношения неопределённостей Гейзенберга: чем точнее известна энергия фотона тем размытее его положение во времени. Слабые измерения позволили увидеть то что раньше считалось вычислительной погрешностью. Этот опыт напоминает что квантовый мир устроен сложнее чем наш повседневный опыт.