Într-o premieră științifică, fizicienii au surprins lumina în „timpul imaginar”

Pentru prima dată, cercetătorii au reușit să observe cum se comportă lumina în „timpul imaginar”, un fenomen misterios.

Atunci când lumina trece printr-un material transparent, câmpurile electromagnetice ale atomilor încetinesc fiecare foton, o întârziere care le oferă fizicienilor informații prețioase despre modul în care lumina se împrăștie și despre structura microscopică a materialului traversat. Totuși, până acum, un concept teoretic folosit pentru a înțelege această călătorie a luminii, „timpul imaginar”, nu fusese înțeles în mod practic.

• Universul invizibil dezvăluie noi indicii despre materia întunecată
• De ce ni se pare că luna decembrie „vine mai devreme” în fiecare an?

Un experiment realizat de fizicienii Isabella Giovannelli și Steven Anlage, de la Universitatea din Maryland (SUA), a arătat exact cum se comportă impulsurile de radiație în microunde (un tip de lumină invizibilă pentru ochiul uman) atunci când trec printr-un sistem circular de cabluri, simulând condițiile timpului imaginar. Studiul lor arată, de asemenea, cum numerele imaginare, până acum considerate doar instrumente matematice abstracte, pot descrie fenomene reale și măsurabile.

Cum se comportă lumina în „timpul imaginar”?

Așadar, cum se comportă lumina în „timpul imaginar”? Numerele imaginare, precum rădăcina pătrată a unui număr negativ, nu au un corespondent în experiența noastră de zi cu zi, dar sunt extrem de utile pentru rezolvarea ecuațiilor din fizică. În cazul luminii care întâmpină întârzieri în transmisie, aceste numere au fost folosite pentru a descrie comportamentele undelor, însă până acum nu fuseseră testate experimental în mod sistematic.

Deși fiecare foton se deplasează cu o viteză constantă, interacțiunile sale cu câmpurile electromagnetice ale mediului pot încetini călătoria întregului val de lumină. Astfel, un impuls de unde poate părea că se deplasează mai repede decât fotonii individuali, un efect care poate fi descris atât prin valori reale, cât și prin valori imaginare, scrie Science Alert.

Ce experiment au gândit oamenii de știință?

În experiment, cercetătorii au folosit două cabluri coaxiale conectate circular, formând o buclă simplă, prin care au trimis impulsuri de microunde. Cu ajutorul unor osciloscoape extrem de sensibile, capabile să detecteze modificări minuscule ale frecvenței, au observat cum se modifică tiparele undelor în funcție de componentele reale și imaginare ale ecuațiilor folosite.

„E ca și cum ar fi existat un grad de libertate ascuns pe care toată lumea l-a ignorat până acum. Cred că ceea ce am făcut noi este să-l scoatem la lumină și să-i oferim un sens fizic”, a explicat Anlage.

Cu alte cuvinte, numerele imaginare nu descriu un fenomen abstract sau ireal, ci o schimbare reală, minusculă, a frecvenței undei purtătoare, cauzată de modul în care impulsul este absorbit de material. Acel „timp imaginar”, considerat până acum doar o unealtă de calcul, este de fapt legat de procese fizice care le permit undelor luminoase să se deplaseze aparent mai repede decât fotonii din care sunt alcătuite.

Iar asta schimbă complet perspectiva.

Această cercetare a fost acceptată pentru publicare în revista Physical Review Letters.

Vă recomandăm să citiți și:

Oamenii de știință au măsurat cât de repede se produce inseparabilitatea cuantică

Un fizician explică de ce nu există centrul Universului

Oamenii de știință chinezi au detectat o reacție de fuziune a carbonului extrem de rară

Un studiu dezvăluie cum găurile negre pot fi folosite pentru coliziunea particulelor