La luz interactúa con su pasado en una experiencia de doble rendija

Leyenda Ilustración del experimento de la doble rendija, que muestra una onda plana (arriba a la izquierda) que pasa a través de una pantalla de dos agujeros.  Los espacios actúan como nuevas fuentes de ondas y los frentes de onda se doblan para crear dos conjuntos de ondas circulares radiantes hacia el exterior.  Estas dos nuevas ondas crean un patrón de interferencia cuando interactúan.  En el punto en que el pico de una onda choca con el pico de otra onda, o un valle choca contra un valle, se refuerzan mutuamente;  sus magnitudes se suman.  Esto se llama interferencia constructiva.  Cuando un punto bajo alcanza un punto alto, se anulan entre sí.  Esto se llama interferencia destructiva.

Una ilustración de un experimento de doble rendija

Russell Kightley/Biblioteca de fotografías científicas

El famoso experimento de la doble rendija, que demostró que la luz es a la vez una onda y una partícula, se realizó utilizando «rendijas de tiempo». Las técnicas involucradas presentan una nueva forma de manipular la luz que podría usarse para crear materiales extraños llamados cristales de tiempo.

El experimento de la doble rendija, realizado por primera vez por Thomas Young en 1801, consiste en hacer brillar un haz de luz sobre un plato o tarjeta con dos pequeñas ranuras cortadas para que pase la luz. A medida que las ondas de luz pasan a través de las rendijas, interfieren entre sí, provocando un patrón de rayas claras y oscuras en la pantalla. Esto no sería posible si la luz estuviera simplemente compuesta de partículas. Este experimento fue, por tanto, una de las primeras pruebas de que la luz también es una onda.

Mientras que el experimento original de doble rendija usaba dos rendijas separadas por espacios, Ricardo Sapienza en el Imperial College London y sus colegas realizaron un experimento similar en el que los obstáculos a la propagación de la luz se separaron en el tiempo. «La manipulación temporal de las ondas es un tema antiguo, pero ha sido impulsado principalmente por la teoría durante los últimos 30 años», dice Sapienza. «Fue muy difícil experimentar, especialmente con la luz».

Esto se debe a que hacer tales experimentos requiere materiales que puedan cambiar de transparentes a reflectantes con una velocidad extraordinaria para crear lo que los investigadores llaman «fracturas de tiempo». Sapienza y su equipo usaron un material llamado óxido de indio y estaño, que se usa comúnmente en recubrimientos para varias pantallas electrónicas. Cuando es golpeado por un poderoso rayo láser, cambia de ser casi completamente transparente a reflejar brevemente la mayor parte de la luz que lo golpea.

Para realizar el experimento, los investigadores usaron dos pulsos de láser consecutivos para hacer que el material fuera reflectante mientras también lo iluminaban con un láser de «sonda» menos potente. La luz del láser de la sonda pasó a través del material durante los períodos en que no era reflectante y rebotó cuando se golpeó simultáneamente con un pulso láser.

Cuando midieron el rebote de la luz, los investigadores encontraron patrones de interferencia similares a los observados en la versión clásica del experimento, pero esta vez en la frecuencia de la luz, que determina su color, en lugar de su brillo. «En el experimento de Young, la luz entra en un ángulo y sale en múltiples ángulos, y en nuestro experimento la luz entra en una frecuencia y sale en múltiples frecuencias», explica Sapienza.

Esto fue como lo predijeron los cálculos teóricos, pero la frecuencia de la luz osciló mucho más de lo que esperaban los investigadores. El número de oscilaciones depende de la nitidez de la transición del material de transparente a reflectante, lo que significa que el material respondió a los pulsos de láser con una velocidad increíble, dentro de los femtosegundos del pulso. Un femtosegundo es una millonésima de una billonésima de segundo.

“La respuesta del hardware es de 10 a 100 veces más rápida de lo esperado, y eso fue una gran sorpresa”, dice Sapienza. «Esperábamos ver algunas oscilaciones, y hemos visto muchas».

Este tiempo de transición rápido podría ser útil para hacer cristales de tiempo, que son materiales extraños con estructuras en movimiento que se repiten una y otra vez. También podría ayudar con más aplicaciones del día a día, dice Maxim Chcherbakov en la Universidad de California, Irvine. «La interferencia temporal es un descubrimiento emocionante que puede tener aplicaciones en muchas tecnologías modernas, pero especialmente en las telecomunicaciones, donde la forma en que procesamos las señales a lo largo del tiempo es muy importante», dice.

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