Un experimento realizado por un equipo de la Universidad de Toronto en Canadá y la Universidad Griffith en Australia demostró que cuando los fotones pasan a través de un "tráfico" atómico compuesto de átomos de rubidio fríos, en realidad pueden "salir tarde y llegar temprano", lo que estadísticamente equivale a experimentar un "tiempo negativo" en el medio atómico. Los investigadores descubrieron mediante mediciones precisas que los fotones que fueron los primeros en llegar al detector en el pulso de luz general tendrían un tiempo de residencia promedio "negativo" si se les rastreara hasta su estancia en la nube atómica. Este resultado resalta aún más la rareza y ambigüedad del concepto de tiempo en la escala cuántica.
En la intuición clásica, la velocidad de propagación de la información en el vacío se fija en unos 300.000 kilómetros por segundo, que es la llamada "velocidad límite" de causa y efecto; Los fotones, como partículas/ondas sin masa, también deben respetar estrictamente este límite superior en el vacío. Cuando se introduce un medio como los átomos en la ruta de propagación, los fotones se dispersarán o interactuarán con los átomos, haciendo que el pulso general parezca "ralentizado", pero generalmente se entiende que esto significa que la ruta es tortuosa, en lugar de un verdadero avance en la velocidad causal. Intuitivamente, la gente espera que cuando un pulso de luz pasa a través de un medio atómico, debería ser como el flujo de tráfico durante las horas pico, con los "madrugadores" llegando temprano y los "rezagados" llegando tarde. La forma general simplemente retrocederá en el eje del tiempo.
Sin embargo, desde los años 1990, los físicos experimentales han informado sucesivamente de un fenómeno contrario a la intuición: al comparar un pulso de luz que viaja en el vacío con un pulso de luz que atraviesa un medio, a veces el "pico" del pulso en el medio llega al detector antes que el pico en el vacío. Esto no significa que cualquier fotón corra más rápido que en el vacío, sino que la forma general del pulso se "remodela" en el medio, lo que hace que el "pico" estadístico avance. Una explicación es que la interacción entre fotones y átomos arroja estadísticamente una "sombra" similar, cambiando la distribución del pulso de salida, haciendo que los fotones originalmente concentrados en el medio se desplacen hacia el frente, provocando así que el pico "salte hacia adelante".
En las últimas investigaciones, los científicos esperan eliminar la interferencia de tal "remodelación macroscópica" y evaluar directamente las características temporales de los fotones en el medio desde un nivel más microscópico. Con este fin, el equipo no se limitó a observar las formas de onda de entrada y salida de los pulsos de luz, sino que se volvió para "observar" la nube de átomos de rubidio a una temperatura ultrabaja. Al medir la duración del estado excitado después de que los átomos fueron excitados, infirieron indirectamente "cuánto tiempo" permanecieron en el medio los fotones que interactuaron con él. Este tipo de medición es extremadamente sensible y requiere una gran cantidad de experimentos repetidos para promediar la interferencia del ruido ambiental en el delicado comportamiento cuántico de los átomos para obtener resultados estadísticos confiables.
El análisis muestra que, desde un punto de vista estadístico, los fotones que "llegan temprano" al pulso general corresponden a los resultados de medición que han experimentado un "tiempo negativo" en el medio atómico. Ciertamente, esto no significa que realmente cayeron en algún tipo de agujero de gusano y "viajaron" desde el futuro, ni que se violó ninguna ley causal; Los físicos enfatizaron que durante este proceso, la estructura espacio-temporal no se rompió y el orden causal permaneció consistente. Lo que realmente se "estira" es la cantidad física misma de tiempo en el nivel cuántico. Al igual que otros observables cuánticos, muestra las características de las nubes difusas y de probabilidad en escalas finas.
El marco teórico detrás de esto sigue siendo inseparable del principio de incertidumbre de Heisenberg: cuando se miden ciertas cantidades físicas (como la energía) con una precisión extremadamente alta, las cantidades inciertas emparejadas (como el tiempo) se ven obligadas a volverse más confusas. Durante la interacción entre fotones y átomos, los niveles de energía de ambas partes aparecen en un estado similar a la "resonancia", como un padre empujando un columpio con un ritmo apretado; En este caso, la energía se puede definir con extrema precisión, mientras que la dimensión del tiempo se ve obligada a relajarse y los resultados de las mediciones quedan "manchados" por las fluctuaciones cuánticas, por lo que estadísticamente pueden aparecer valores anormales como, por ejemplo, "tiempo negativo". En otras palabras, el llamado "tiempo negativo" no significa que la luz realmente retroceda, sino que se permite que el tiempo entre en la distribución de probabilidad de una manera no clásica a nivel cuántico, dando así lecturas más allá de la experiencia diaria bajo ciertas condiciones.
El equipo de investigación señaló que si se puede confirmar en experimentos similares en el futuro si esos fotones "tardíos" en el pulso "llevan" el correspondiente "excedente de tiempo", se esperará que se determine aún más el papel exacto de la incertidumbre cuántica en este fenómeno. Una vez que se perfeccionen estos experimentos, los científicos podrán delinear con mayor claridad cómo funciona el tiempo en el mundo cuántico y se espera que avancen en nuestra comprensión de cuestiones fundamentales como la transmisión de información cuántica y la interacción entre la luz y la materia. Lo que puede resultar más resonante para los oficinistas comunes y corrientes es que esta investigación proporciona al menos una "excusa cerebral" a nivel físico: si un día vuelves a llegar tarde, ¿quién no quiere decirle al jefe: "Lo siento, he experimentado una pequeña incertidumbre cuántica en el camino"?