Experimento da dupla fenda refeito no tempo, em vez de no espao

Espao

Redação do Site Inovação Tecnológica – 11/04/2023

Dupla fenda temporal

Fsicos recriaram o famoso experimento da dupla fenda, que mostra a luz se comportando como partcula e como onda – s que agora eles fizeram isto no tempo, e no no espao.

No experimento original, a luz que passa por duas fendas paralelas, feitas em um material opaco, produz um ponto mais brilhante na tela sensvel que fica por trs, com um padro de franjas claras e escuras em ambos os lados. Se o fton fosse apenas uma partcula, mas no uma onda, no haveriam franjas, s dois amontoados de partculas – hoje se sabe que isso funciona no apenas para ftons, mas tambm para eltrons, nutrons e at tomos inteiros.

Agora, Romain Tirole e colegas do Imperial College de Londres reconstruram o experimento usando “fendas” no tempo, em vez de no espao.

Eles conseguiram isso disparando luz atravs de um material que muda suas propriedades em femtossegundos (quadrilionsimos de segundo), permitindo que a luz passe apenas em momentos especficos, em rpida sucesso.

Na verso clssica do experimento, a luz que sai das fendas fsicas muda de direo, ento o padro de interferncia escrito no perfil angular da luz.

Na verso temporal, as fendas de tempo alteram a frequncia da luz, o que altera sua cor. Isso criou cores de luz que interferem umas nas outras, realando e anulando certas cores para produzir um padro do tipo interferncia – essencialmente, franjas coloridas.

“Nosso experimento revela mais sobre a natureza fundamental da luz, ao mesmo tempo servindo como um trampolim para a criao de materiais melhores, que possam controlar com preciso a luz no espao e no tempo,” disse o professor Riccardo Sapienza.

Cristais do tempo e buracos negros

O material que a equipe usou foi uma fina pelcula de xido de ndio-estanho, ou ITO, o material condutor transparente que forma a maioria das telas dos celulares.

Mas ele foi trabalhado para se tornar um metamaterial, um material artificial com propriedades no existentes em materiais encontrados na natureza. Para isso, a camada de 40 nanmetros de ITO foi posta entre duas outras camadas, uma de ouro e outra de vidro.

A pelcula teve sua refletncia alterada por lasers em escalas de tempo ultrarrpidas, criando as “fendas” para a luz – o material respondeu muito mais rpido ao controle do laser do que a equipe esperava, variando sua refletividade em alguns femtossegundos (10^-15 segundo).

Dois pulsos curtos (bombeamento) atuam como fendas, cada uma transformando brevemente a camada do semicondutor transparente em um metal refletivo; um terceiro pulso atua como sonda, tendo seu espectro de frequncia ampliado medida que passava pela dupla reflexo.

Os pulsos de sonda refletidos apresentam uma largura de banda inicial ampliada por um fator de quase dez. Mais importante, esse espectro contm uma srie de picos que se tornam progressivamente menores a partir da frequncia portadora central do pulso. Alm disso, esses picos ficam mais distantes quanto menor o retardo entre os pulsos de bombeamento – uma autntica difrao temporal.

Metamateriais temporais

Esse controle preciso da luz uma das promessas dos metamateriais e, quando associado ao controle espacial, pode criar novas tecnologias e at mesmo anlogos para estudar fenmenos fsicos fundamentais, como buracos negros.

“O experimento das duplas fendas de tempo abre as portas para uma espectroscopia totalmente nova, capaz de resolver a estrutura temporal de um pulso de luz na escala de um perodo da radiao,” disse o professor John Pendry.

Na verdade, a equipe j est planejando dar o prximo passo em sua pesquisa avanando uma das reas mais interessantes e pouco compreendidas da fsica: Os cristais de tempo – um cristal do tempo anlogo a um cristal atmico, mas no qual as propriedades pticas variam com o tempo.

“O conceito de cristais de tempo tem o potencial de levar a interruptores pticos paralelizados ultrarrpidos,” justificou o professor Stefan Maier.

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