REFLEXIÓN TEMPORAL DAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Ilustración da plataforma experimental usada para o experimento / ANDREA ALÙ

As imaxes que reflicte un espello son producidas por ondas electromagnéticas de luz, que rebotan na superficie lisa, creando un fenómeno chamado reflexión espacial. Esas ondas devolven a radiación no mesmo orde no que foi enviada, un fenómeno similar similar ao eco que devolve as ondas de son no mesmo orde no que foron enviadas. E desde hai décadas os científicos especulan coa posibilidade de observar unha forma distinta de reflexión de ondas, a reflexión temporal.

A diferenza das reflexións espaciais, que se producen cando as ondas de luz ou son chocan contra un límite nun lugar concreto do espazo (como un espello ou unha parede), as temporais prodúcense cando todo o medio polo que viaxa a onda cambia repentina e bruscamente as súas propiedades en todo o espazo. Os científicos cren que, nese momento, unha parte da onda invístese e a súa frecuencia cambia para converterse nunha nova frecuencia.

Ata a data, este fenómeno nunca se observou nun experimento; as propiedades ópticas dun material non podían modificarse facilmente ata provocar unha velocidade e magnitude que creasen reflexións temporais. Un artigo publicado recentemente en Nature Physics detalla un experimento pioneiro realizado por investigadores da Universidade da Cidade de Nova York (CUNY) no que se puideron observar reflexións temporais de sinais electromagnéticos nun metamaterial (un material artificial que presenta propiedades electromagnéticas inusuais) preparado para ese efecto.

"Utilizando un metamaterial cun deseño sofisticado, puidemos crear as condicións necesarias para cambiar as súas propiedades, de forma abrupta e cun gran contraste", explica un dos autores principais, Andrea Alù, profesor emérito de Física no Centro de Investigación Científica Avanzada do CUNY Graduate Center. "Foi realmente emocionante poder observar este fenómeno contraintuitivo, tanto polo tempo que pasou desde que se predixo por primeira vez, como por observar o diferentes que se comportan as ondas temporais reflectidas, en comparación coas espaciais".

Desta forma, os investigadores lograron que unha parte significativa dos sinais de banda ancha que viaxaban polo metamaterial, investísense instantaneamente no tempo e cambiasen de frecuencia, creando así un estraño eco no que a última parte do sinal reflíctese primeiro. Os autores do experimento explican que o resultado obtido é equivalente a mirarse nun espello e que o reflexo se invista, vendo primeiro as costas en lugar da cara. Ou, trasladado a unha versión acústica, significaría que o eco devolva un son similar ao que se emite durante o rebobinado dunha cinta.

Esquema da reflexión temporal: A persoa ve as súas costas cando se mira nun espello, e vese a si mesma en diferentes cores / ANDREA ALÙ

Os investigadores tamén demostraron que a duración das ondas reflectidas alongábase no tempo, debido á conversión da frecuencia de banda ancha. Iso significa que, se eses sinais luminosos utilizados no experimento fosen visibles aos nosos ollos, as súas cores transformaríanse de maneira abrupta.

A enxeñería de metamateriais desempeñou un papel fundamental para levar a cabo a experiencia. Os autores proxectaron sinais de banda ancha nunha tira de metal duns 6 metros de longo, impresa nunha placa e cargada cun denso conxunto de interruptores electrónicos conectados a condensadores de reserva.

A continuación, todos os interruptores activáronse ao mesmo tempo, duplicando repentina e uniformemente a impedancia (oposición que presenta un circuíto á corrente cando se aplica unha tensión) ao longo da liña. Ese cambio rápido das propiedades electromagnéticas provoca a creación dunha interfase (límite entre dúas rexións), neste caso, unha interfase temporal. Ao final do circuíto os sinais que mediron transportaban unha copia exacta dos sinais que introduciran, só que investidas no tempo.

As propiedades electromagnéticas especificas xa se manipularon grazas aos metamateriais artificiais creando interfases espaciais, pero este experimento demostra que é posible engadir tamén interfases temporais. Este novo elemento abre a porta a novas posibilidades de modificar as ondas electromagnéticas de banda ancha e a súa frecuencia, un fito que debe permitir múltiples novas melloras en comunicacións inalámbricas e no desenvolvemento de pequenos ordenadores baseados en ondas de baixo consumo enerxético.

"O principal obstáculo que impedira a creación de reflexións temporais en estudos anteriores era a crenza de que se necesitarían grandes cantidades de enerxía para crear unha inferfase temporal", resume Gengyu Xu, coautor do artigo e investigador postdoutoral no CUNY ASRC. "É moi difícil cambiar as propiedades dun medio coa suficiente rapidez, uniformidade e contraste para reflectir no tempo os sinais electromagnéticos, porque oscilan moi rápido". A idea que introduciron os científicos do centro neoyorkino é a creación dun material no que se puidesen engadir ou subtraer elementos adicionais de forma abrupta mediante interruptores rápidos.

Os autores subliñan que a plataforma metamaterial que presentan no estudo pode combinar múltiples interfases temporais, o que permite a creación de cristais de tempo electromagnéticos e metamateriais temporais. Combinado á súa vez con interfases espaciais, o descubrimento ofrece a posibilidade de explorar vías para as tecnoloxías fotónicas e abre un capítulo novo para mellorar e manipular as interaccións onda-materia.

FONTE: Amado Herrero/elmundo.es/ciencia