Experiment bestätigt die Theorie:
Physiker messen negative Zeit

Physiker haben ein ungewöhnliches Phänomen nachgewiesen: Lichtteilchen können offenbar eine "negative" Zeit in einer Wolke aus Atomen verbringen. Es handelt sich um einen weiteren Effekt der Quantenphysik, der für uns nur schwer nachvollziehbar ist.

Photonen sind zu schnell

In einem Experiment mit Rubidium-Atomen beobachteten Forschende, dass bestimmte Photonen die Materiewolke scheinbar verlassen, noch bevor sie sie nach klassischer Vorstellung überhaupt vollständig durchquert haben. Die Ergebnisse des Versuchs wurden im Fachjournal Physical Review Letters veröffentlicht.

Im Zentrum der Untersuchung standen Photonen, also Lichtquanten, die durch eine Wolke aus Rubidium-Atomen geschickt wurden. Normalerweise wechselwirken solche Photonen mit den Atomen: Ihre Energie wird kurzzeitig aufgenommen und anschließend wieder abgegeben. Dabei verweilt das Photon gewissermaßen für kurze Zeit im Atomverband, bevor es weiterfliegt.


Die Besonderheit des Experiments liegt in der gemessenen Zeit. Ausgehend vom durchschnittlichen Eintrittszeitpunkt der Photonen berechneten die Wissenschaftler, wann diese die Wolke bei Lichtgeschwindigkeit verlassen müssten. Tatsächlich trafen manche Photonen jedoch deutlich früher ein als erwartet. Rechnerisch ergab sich daraus eine negative Aufenthaltsdauer innerhalb der Atomwolke.

Das Phänomen ist in der Quantenphysik zwar seit Jahrzehnten bekannt, wurde bisher jedoch meist als mathematischer Effekt interpretiert. Viele Forschende gingen davon aus, dass lediglich der vordere Teil eines langen Lichtimpulses die Wolke ungehindert passiert, während der Rest gestreut wird. Dadurch entsteht der Eindruck einer verfrühten Ankunft.

Nicht nur mathematischer Effekt

Ein Team um den Physiker Aephraim Steinberg von der University of Toronto wollte diese Erklärung genauer überprüfen. Dafür entwickelten die Wissenschaftler eine Methode sogenannter "schwacher Messungen". Mit einem zusätzlichen Laserstrahl beobachteten sie indirekt, ob die Energie der Photonen gerade in den Rubidium-Atomen gespeichert war. Einzelne Messungen lieferten nur ungenaue Werte, doch aus Millionen Wiederholungen ließ sich ein präziser Durchschnitt berechnen.

Das Ergebnis überraschte selbst die Forschenden: Die gemessene Aufenthaltsdauer entsprach exakt jener negativen Zeit, die zuvor nur aus den Ankunftszeiten der Photonen abgeleitet worden war. Damit deutet vieles darauf hin, dass der Effekt nicht bloß eine rechnerische Täuschung ist, sondern reale messbare Auswirkungen auf das Quantensystem besitzt.

Eine Zeitmaschine lasse sich daraus allerdings nicht ableiten, betonen die Wissenschaftler. Das Experiment widerspreche nicht den bekannten Gesetzen der Physik. Es zeige jedoch, wie ungewöhnlich und wenig intuitiv Prozesse in der Quantenwelt weiterhin sind.


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