العثور على دليل على وجود "زمن سلبي" في تجربة فيزياء الكم

كشف فريق بحثي بقيادة دانييلا أنجولو من جامعة تورنتو عن حالة كمومية غريبة تُظهر أن الفوتونات تبدو وكأنها تخرج من سحابة ذرية قبل أن تدخلها، أي كما لو أنها قضت زمنًا سالبًا داخل المادة. تندرج الملاحظة ضمن ظواهر فيزياء الكم التي تتحدى المنطق التقليدي، حيث تتصرف الجسيمات كموجات وتوجد في حالات متعددة في آنٍ واحد.

بدأ العمل على هذه الظاهرة عام 2017، حينما حاول الباحثون فهم تأثير تفاعل الضوء مع المادة أثناء "الإثارة الذرية"، وهي الحالة التي تقفز فيها الإلكترونات إلى مستويات طاقة أعلى عند امتصاص الفوتونات، ثم تُطلق الطاقة لاحقًا. هدف الفريق إلى قياس "تأخير المجموعة" الناتج عن مرور الضوء عوسط ذري، وتحديد ما إذا كان الزمن يعتمد على مسار الفوتون داخل المادة.

بعد بناء جهاز تجريبي دقيق، أطلق الباحثون فوتونات عبر سحابة من ذرات الروبيديوم شديدة البرودة. أظهرت النتائج أن بعض الفوتونات تمر دون تفاعل، ورغم ذلك تُبقي الذرات في حالة إثارة، بينما في حالات أخرى تبدو الفوتونات وكأنها تُعاد إصدارها فورًا، قبل أن تهدأ الذرات، ما يوحي بأن زمن العبور أقصر من المتوقع.

تعاون الباحثون مع علماء من جامعة غريفيث الأسترالية لتقديم تفسير نظري يدعم النتائج، حيث تبيّن أن التأخير الزمني الذي تُحدثه الفوتونات يتطابق مع التأخير الجماعي المتوقع، حتى في الحالات التي يبدو فيها أن الضوء يغادر قبل انتهاء الإثارة.

تؤكد الدراسة أن الفوتونات لا تنتقل دائمًا خلال زمن خطي، بل تخضع لتوزيع احتمالي زمني مشوه، ما يؤدي إلى قيم "سالبة" لوقت العبور. التجربة توضح أن الفوتونات تمر عبر المادة كموجات كمومية في حالة "تراكب"، مما يمنع معرفة ما إذا كانت تفاعلت فعلًا أم لا.

لا تُغيّر الظواهر تعريف الزمن ذاته، لكنها تعيد فتح التساؤل حول كيفية قياس الزمن في عالم ميكانيكا الكم. وحقق الفريق إنجازًا علميًا بارزًا أثار اهتمام الباحثين في البصريات الكمومية، ويدعو لإعادة النظر في المعاني الفيزيائية لظواهر مثل تأخير المجموعة وسرعة انتقال الفوتونات عبر المواد.