En 1801, el científico británico Thomas Young llevó a cabo un experimento de “doble rendija” que ha pasado a la historia de la física: al hacer pasar luz a través de dos rendijas en un material, demostró que la luz se comportaba como una onda, tomando diferentes caminos simultáneamente solo para interferir en maneras predecibles una vez que se recombinan.
Desde ese momento pionero, el experimento se ha repetido para demostrar que la radiación electromagnética muestra comportamientos tanto de onda como de partícula. Para decirlo de otra manera, la luz puede actuar como canicas rodando por una pendiente y como ondas en un estanque, dependiendo de cómo se midan.
Tampoco son solo los fotones los que actúan de esta manera. Los científicos han utilizado configuraciones similares para mostrar electrones, neutrones y átomos completos comportándose de la misma manera, estableciendo un principio básico de la física cuántica como una teoría basada en la probabilidad.
Ahora, los científicos han recreado el experimento de Young con un toque moderno. En lugar de un par de rendijas separadas en el espacio, utilizaron ‘rendijas de tiempo’ creadas por ajustes rápidos en la reflectividad de un material, probando la capacidad de una onda de luz para interferir con su propio pasado y futuro.
“Nuestro experimento revela más sobre la naturaleza fundamental de la luz al tiempo que sirve como un trampolín para crear los materiales definitivos que pueden controlar minuciosamente la luz tanto en el espacio como en el tiempo”. dice físico Riccardo Sapienza del Imperial College London en el Reino Unido.
Sapienza y sus colegas utilizaron una capa delgada de óxido de indio y estaño, un material que se usa en las pantallas de los teléfonos inteligentes. Los pulsos de láser cambiaron su reflectividad para crear dos períodos distintos en los que se puede medir la luz que incide sobre el material, proporcionando trayectorias distintas en el tiempo en las que una sola onda de luz puede interferir consigo misma.
Esas diferencias en el tiempo cambiaron la frecuencia de la luz cuando golpeó el material, con la interferencia entre las diferentes ondas produciendo colores distintos en lugar de diferencias en el brillo. Los científicos estudiaron este patrón de interferencia para hacer observaciones sobre el comportamiento ondulatorio de la luz.
“El experimento de las rendijas de tiempo dobles abre la puerta a una espectroscopia completamente nueva capaz de resolver la estructura temporal de un pulso de luz”. dice físico John Pendry del Imperial College de Londres.
Curiosamente, las rendijas se abrieron mucho más rápido de lo que esperaban los científicos, entre 1 y 10 femtosegundos (cuatrillones de segundo). Que el experimento haya superado el modelo teórico sugiere que parte de ese modelo debe repensarse: los materiales no necesariamente interactúan con la luz exactamente como los científicos pensaban que lo hacían (cuando cambia la intensidad o la velocidad, por ejemplo).
Tener un material como este, que puede cambiar la forma en que reacciona a la luz en escalas de tiempo absolutamente mínimas, podría ser útil para desarrollar nuevas tecnologías y profundizar en los misterios de la física cuántica.
También será útil en las escalas más grandes, en el estudio de fenómenos como los agujeros negros. A continuación, el equipo quiere probar su ‘giro del tiempo’ en otro material, el cristal atómico, donde los átomos están en un patrón estricto, lo que puede conducir a mejoras rápidas en la electrónica.
“El concepto de cristales de tiempo tiene el potencial de conducir a interruptores ópticos paralelizados ultrarrápidos”. dice físico Stefan Maier del Imperial College London.
La investigación ha sido publicada en Física de la naturaleza.