Llum que viatja en el temps.

La llum pot reflectir-se en els miralls i els sons en les superfícies. No obstant això, durant molt de temps s'ha teoritzat  sobre les reflexions del temps, on un senyal que passa per una "interfície" temporal actuaria com si viatgés cap enrere en el temps. Per primer cop, un nou estudi demostra els reflexos del temps amb ones de llum. Aquest fet, podria conduir a noves maneres no convencionals de controlar la llum, com ara els cristalls fotònics de temps, per a potencials aplicacions en comunicacions sense fil, tecnologies de radar i informàtica fotònica.

Una reflexió estàndard es produeix quan un senyal rebota en un límit a l'espai. En canvi, les reflexions temporals poden ocórrer quan tot el medi en el qual viatja una ona de llum o de so canvia de forma sobtada i dràstica les seves propietats òptiques o sonores.

Anteriorment, no es conneixia cap manera de canviar ràpidament les propietats òptiques d'un material per crear una interfície de temps fotònica que pogués generar reflexions temporals per a ones electromagnètiques. 

Quan una ona de llum entra a la nova interfície de temps i el dispositiu canvia les seves propietats òptiques, el senyal continua avançant per l'espai. Tanmateix, el senyal s'inverteix; si es tractés d'una paraula parlada, sonaria com si s'estigués reproduint al revés. En canvi, amb una reflexió convencional, una ona de llum o de so viatjaria de tornada a la seva font, però sobretot semblaria o sonaria igual que abans de la reflexió.

S'han aconseguit aquestes reflexions fotòniques de temps utilitzant un metamaterial, una mena d'estructura dissenyada per tenir característiques que no es troben generalment a la natura, com ara la capacitat de corbar la llum de maneres sobtada. Aquest fet, dona lloc a capes d'invisibilitat que poden amagar objectes de la llum, el so, la calor i altres tipus d'ones.

Els metamaterials òptics, que estan dissenyats per manipular la llum, tenen estructures amb patrons repetits a escales que són més petites que les longituds d'ona de la llum a la que influeixen. En el nou estudi, es van transmetre senyals de ràdio en una franja de metall en espiral d'uns 6 metres de llarg a on se li va connectar una matriu de 30 interruptors electrònics, cadascun connectat a un condensador.

Quan aquests interruptors s'activen al mateix temps, la impedància de la tira es duplica en uns 3 nanosegons. Es pot produir una reflexió temporal de la llum si les propietats òptiques d'un material canvien molt més ràpidament que les variacions en el temps dels senyals implicats.

A més, les noves interfícies de temps poden estirar o comprimir els senyals de llum en el temps. Això pot canviar bruscament el color d'aquests senyals. També es va demostrar que es podia combinar múltiples interfícies de temps de manera que, es  podria fer que els senyals interfereixin entre si. Aquest nou dispositiu és una versió temporal dels filtres comuns de Fabry-Pérot àmpliament utilitzats en telecomunicacions, làsers i altres aplicacions per controlar la llum.

Es creu que les interfícies de temps poden utilitzar-se en comunicacions sense fils, tecnologies de radar i informàtica òptica. Aquestes aplicacions sovint inverteixen l'ordre dels senyals per ajudar a processar-los. Actualment, la forma més comuna de realitzar aquesta inversió de temps és mitjançant mitjans digitals, però això es tradueix en necesitats i recursos de temps, energia i memòria. En canvi, les interfícies de temps poden permetre la inversió del temps molt ràpidament i amb poca energia.

A més, les noves interfícies de temps poden ajudar a desenvolupar noves maneres  de controlar la llum, com ara els " cristalls fotònics de temps ". Un cristall normal és una estructura de molts àtoms disposats en un patró regular a l'espai, mentre que un cristall fotònic convencional posseeix característiques més petites que les longituds d'ona de la llum amb què està dissenyat. Anteriorment, els investigadors també van desenvolupar cristalls de temps, en els quals moltes partícules s'ordenen en sèries regulars de moviments: patrons en el temps més que en l'espai. Recentment, s'han desenvolupat cristalls fotònics de temps, en els quals les propietats òptiques varien regularment al llarg del temps.

Com a resultat, es pot amplificar selectivament els senyals entrants i controlar la seva propagació.

Font: Charles Q. Choi és un reporter científic qui ha escrit per a Scientific American , The New York Times , Wired i Science , entre d'altres.