Los científicos han logrado un “análogo temporal” del famoso experimento de doble rendija que podría conducir a nuevas tecnologías ópticas.

Los científicos han descubierto una “física inesperada” al abrir “rendijas” en el tiempo, informa un nuevo estudio, logrando un sueño de larga data que puede ayudar a investigar el comportamiento de la luz y ser pionero en tecnologías ópticas avanzadas.

El alucinante enfoque es una variación basada en el tiempo del famoso experimento de la doble rendija, realizado por primera vez por Thomas Young en 1801, que abrió una ventana al extraño mundo probabilístico de la mecánica cuántica al revelar la naturaleza dual de la luz como partícula y una ola.

La nueva versión temporal de esta prueba ofreció un vistazo de la física misteriosa que ocurre en escalas de tiempo ultrarrápidas, que pueden informar el desarrollo de sistemas de computación cuántica, entre otras aplicaciones de próxima generación.

En la versión original del experimento de la doble rendija, la luz pasa a través de dos rendijas que están espacialmente separadas en una pantalla opaca. Un detector al otro lado de la pantalla registra el patrón de las ondas de luz que emergen de las rendijas. Estos experimentos muestran que las ondas de luz cambian de dirección e interfieren entre sí después de atravesar las rendijas, lo que demuestra que la luz se comporta como onda y como partícula. 

Esta idea es uno de los hitos más importantes en nuestro viaje en curso hacia el mundo cuántico, y desde entonces se ha repetido con otras entidades, como los electrones, exponiendo los fenómenos alucinantes que ocurren en las pequeñas escalas de los átomos.

Ahora, los científicos dirigidos por Romain Tirole, un estudiante de doctorado que estudia nanofotónica en el Imperial College de Londres, han creado un “análogo temporal del experimento de la rendija de Young” disparando un haz de luz a un metamaterial especial llamado óxido de indio y estaño, según un estudio publicado el lunes en la revista ‘Física de la Naturaleza’. 

“Mostrar la difracción de una doble rendija en el tiempo requiere pulsar un interruptor extremadamente rápido, en escalas de tiempo comparables a la rapidez con la que oscila el campo de luz, unos pocos femtosegundos”, dijo Tirole en un correo electrónico a Motherboard. “Si toda la historia del universo desde el Big Bang hasta el momento en que lees esto fue un segundo, ¡una oscilación de luz solo tomaría el equivalente a un solo día!”

“Cambiar a esta velocidad ha sido difícil durante mucho tiempo, pero hace unos años se demostró que un nuevo material, el óxido de indio y estaño, que ya cubre las pantallas de nuestros teléfonos móviles o televisores, cambia muy rápido cuando se proyecta un haz láser intenso sobre él. ,” él continuó. “Esto ha permitido un rápido progreso en el campo”

En otras palabras, la capacidad de cambio superrápida del óxido de indio y estaño finalmente hizo posible un experimento de ranura de tiempo, después de muchos años de eludir a los científicos. Para hacer realidad esta visión, Tirole y sus colegas usaron láseres para encender y apagar la reflectancia del material a altas velocidades. 

Cuando se encendió el material, se convirtió esencialmente en un espejo que permitió al equipo registrar los patrones de difracción de los haces de luz que interactuaban con la superficie altamente reflectante. 

Los breves momentos en que la luz se reflejó en el estado de espejo del metamaterial fueron los llamados intervalos de tiempo que forman la base del experimento. La separación entre estas rendijas determinó el patrón de oscilaciones que observaron los investigadores.

Para asombro del equipo, los resultados del experimento revelaron más oscilaciones de las predichas por las teorías existentes, así como observaciones mucho más nítidas, lo que apunta a una “física inesperada” en los hallazgos, según el estudio.

“Cuando medimos los espectros, nos sorprendió mucho lo claros que aparecían en los detectores”, dijo Tirole. “La visibilidad de estas oscilaciones depende de qué tan rápido podamos encender y apagar nuestra metasuperficie [y] esto significa que la velocidad a la que cambia nuestro metamaterial es mucho más rápida de lo que se pensaba y aceptaba anteriormente. Esto es emocionante, ya que implica que aún quedan por descubrir y explotar nuevos mecanismos físicos”.

“En nuestro experimento, mostramos que este maravilloso material tiene una velocidad de conmutación aún más rápida, de 10 a 100 veces más rápida de lo que se pensaba anteriormente, lo que permite un control de la luz mucho más fuerte”, señaló también.  

Esta versión temporal del experimento de la doble rendija alteró la frecuencia de la luz, cambiando su color, lo que creó patrones distintivos en los que algunos colores se realzaban mientras que otros se cancelaban. Los resultados son similares a los patrones creados por la versión espacial tradicional de la prueba, que produce ondas de luz que se refuerzan y anulan entre sí después de haber pasado por las rendijas.

El avance allana el camino hacia nuevas investigaciones sobre las enigmáticas propiedades de la luz y las muchas tecnologías emergentes que se basan en fenómenos ópticos. Tirole y sus colegas están especialmente ansiosos por intentar repetir el experimento con un cristal de tiempo , un sistema cuántico muy extraño que ha revolucionado muchos campos de la física. 

“Un experimento de doble rendija es el primer ladrillo en el camino hacia modulaciones temporales más complejas, como el tan buscado cristal de tiempo donde las propiedades ópticas se modulan temporalmente de manera periódica”, concluyó Tirole. “Esto podría tener aplicaciones muy importantes para la amplificación de la luz, el control de la luz, por ejemplo, para la computación, y tal vez incluso la computación cuántica con luz”.