En 1801, el científico británico Thomas Young realizó un experimento de «doble rendija» que pasó a la historia de la física: al hacer pasar luz a través de dos rendijas en un material, demostró que la luz se comporta como una onda, tomando diferentes caminos simultáneamente solo para interferir. de manera predecible una vez que se recombinan.

Desde ese momento pionero, el experimento se ha repetido para demostrar que la radiación electromagnética exhibe comportamientos tanto de onda como de partícula. En otras palabras, la luz puede actuar como canicas que ruedan por una pendiente y como ondas en un estanque, dependiendo de cómo se midan.

No son solo los fotones los que actúan de esta manera. Los científicos utilizaron configuraciones similares para demostrar que los electrones, los neutrones y los átomos completos se comportan de la misma manera, estableciendo un principio fundamental 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 por espacios, 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 su futuro.

“Nuestro experimento revela más sobre la naturaleza fundamental de la luz al tiempo que sirve como un trampolín para crear los materiales definitivos capaces de controlar minuciosamente la luz en el espacio y el tiempo”. dicho físico Riccardo Sapienza del Imperial College London en el Reino Unido.

Sapienza y sus colegas usaron 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 golpea el material, lo que proporciona caminos distintos en el tiempo en los que una sola onda de luz puede interferir consigo misma.

Estas diferencias de 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 han estudiado este patrón de interferencia para hacer observaciones sobre el comportamiento ondulatorio de la luz.

«El experimento de la doble rendija de tiempo abre la puerta a una espectroscopia completamente nueva capaz de resolver la estructura temporal de un pulso de luz», dicho físico John Pendry del Imperial College de Londres.

Curiosamente, las rendijas se abrieron mucho más rápido de lo que predijeron los científicos, entre 1 y 10 femtosegundos (cuatrillones de segundo). El hecho de que el experimento exceda el modelo teórico sugiere que parte de este modelo debe rediseñarse: los materiales no necesariamente interactúan con la luz exactamente como pensaban los científicos (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 cantidades de tiempo absolutamente mínimas, podría ser útil para desarrollar nuevas tecnologías y profundizar en los misterios de la física cuántica.

También será útil a escalas mayores, 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 siguen un patrón estricto, lo que podría conducir a mejoras rápidas en la electrónica.

«El concepto de cristales de tiempo tiene el potencial de conducir a interruptores ópticos paralelizados ultrarrápidos», dicho Stefan Maier, físico del Imperial College de Londres.

La investigación ha sido publicada en Física Natural.