I fisici dell’Università di Toronto hanno dimostrato che i fotoni escono da una nuvola di atomi prima di entrarvi, dimostrando nella pratica l’esistenza del tempo negativo
Vi è mai capitato di cercare una cosa e trovarne un’altra? In campo scientifico, succede più spesso di quanto si possa pensare. È accaduto ad esempio in Canada, all’Università di Toronto. Ben nove anni fa, nel 2017, un team di ricercatori cercava di misurare il ritardo con cui un raggio di luce laser arrivava a destinazione.
Cosa è successo?
I loro esperimenti prevedevano infatti di sparare fotoni attraverso una nube di atomi di rubidio (un metallo studiato per la sua reattività) a temperature vicine allo zero assoluto e di misurare il conseguente grado di eccitazione atomica. In parole molto povere, quando il fotone (la particella fondamentale che compone la luce) incontra il muro di rubidio, gli cede la propria energia e questo può essere compreso dal fatto che gli elettroni degli atomi di rubidio si agitano a tal punto da saltare su un livello energetico più alto allontanandosi dal nucleo). Quando la luce riflette sul rubidio, significa che i suoi atomi restituiscono l’energia dei fotoni e tornano al loro stato di quiete. Ecco, gli scienziati volevano misurare quanto tempo fosse necessario per questa reazione ma dall’esperimento emersero due sorprese: in primo luogo, a volte succedeva che i fotoni attraversavano la nube senza subire variazioni (cioè senza cedere energia) ma gli atomi di rubidio si eccitavano lo stesso. Secondariamente, ancor più strano, quando i fotoni venivano assorbiti, sembravano essere riemessi all’istante, mentre gli atomi di rubidio erano ancora eccitati. Che è un modo legittimamente complicato per dire che la luce è tornata indietro troppo presto, prima ancora di arrivare.
Una questione quantistica
Per comprendere questa scoperta apparentemente illogica, deve intervenire la meccanica quantistica che non considera il tempo dell’assorbimento e della riemissione di un dato fotone in un intervallo di tempo fisso ma in un intervallo probabilistico. Ciò significa che non possiamo sapere esattamente quando il fotone entra nella nube di atomi ma solo quando vi entra “in media”: per il famoso principio di indeterminazione di Heisenberg, peraltro, se l’energia del fotone è ben definita, allora il suo tempo di ingresso deve essere incerto.
Come può essere sperimentato?
Le cose cambiano nel caso in cui il fotone riesca ad attraversare la nube senza subire danni, cioè senza incrociare alcun atomo. Conoscendo la velocità della luce e basandosi sul tempo medio impiegato dal fotone per attraversare la nube, allora si scopre che il fotone arriva a destinazione effettivamente molto prima del previsto. Anzi, arriva così presto che sembra aver trascorso un tempo negativo all’interno della nube stessa: in media, esce ancor prima di entrarvi. Questo effetto, peraltro già noto dal 1993, è stato spiegato solo ora in virtù del fatto che noi non possiamo sparare e misurare un singolo fotone ma solo un impulso laser di lunga durata: quindi è solo la parte frontale dell’impulso ad attraversare in linea retta la nube atomica mentre il resto viene diffuso. Un altro dettaglio complica ulteriormente le cose: è noto che le misurazioni in fisica quantistica perturbano inevitabilmente il sistema misurato.
Non ci saranno macchine del tempo
In conclusione, tutto questo è solo il primo passo verso un nuovo e infinito ambito della ricerca quantistica. Banalmente, questo però non darà la possibilità di lavorare a una macchina del tempo nei prossimi secoli di attività scientifica.
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28 maggio 2026
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