Cientistas demonstram reflexão do tempo em ondas eletromagnéticas; entenda

O feito foi detalhado no último dia 13 de março na revista Nature Physics por um grupo de especialistas do Centro de Pesquisa Científica Avançada no Centro de Graduação CUNY (CUNY ASRC, na sigla em inglês), nos Estados Unidos.

Por mais de seis décadas, cientistas têm hipotetizado a possibilidade de observar uma forma de reflexão das ondas conhecida como reflexão temporal. Ela se difere das reflexões espaciais que ocorrem, por exemplo, quando nos olhamos no espelho e enxergamos nossa imagem, produzida por ondas de luz eletromagnética refletidas na superfície espelhada.

Da mesma forma, as reflexões espaciais das ondas sonoras formam ecos que trazem nossas palavras de volta para nós na ordem exata em que as falamos. Nesse caso, uma parede próxima de onde dissemos algo, por exemplo, bloqueia as ondas e funciona como um limite. Isso ocorre porque as reflexões espaciais surgem quando ondas de luz ou som atingem essa "fronteira" — seja ele a parede ou o espelho.

Mas o mesmo não ocorre com as reflexões de tempo, que não são despertas por "limites", mas sim quando todo o meio no qual a onda está viajando muda repentina e abruptamente suas propriedades através do espaço. Desse modo, uma parte da onda é invertida no tempo e sua frequência é convertida em uma nova frequência.

Para observarem esse fenômeno nas ondas eletromagnéticas, os cientistas tiveram que criar um metamaterial personalizado, isso é, com propriedades não encontradas na natureza.

Eles começaram injetando sinais de banda larga em uma tira sinuosa de metal com cerca de 6 metros de comprimento, impressa em uma placa e carregada com um denso conjunto de interruptores eletrônicos conectados a capacitores de reservatório.

Para criarem uma mudança rápida e grande, capaz de produzir a reflexão temporal, os pesquisadores acionaram todos os interruptores ao mesmo tempo, duplicando repentina e uniformemente ao longo da tira a capacidade do circuito de resistir ao fluxo.

“Usando um design de metamaterial sofisticado, conseguimos perceber as condições para alterar as propriedades do material no tempo de forma abrupta e com um grande contraste”, afirma Andrea Alù, autor correspondente da pesquisa, em comunicado.

De acordo com Gengyu Xu, coautor do estudo, o principal obstáculo que impedia as reflexões de tempo em pesquisas anteriores foi a crença de que seriam necessárias grandes quantidades de energia para criar uma interface temporal. “É muito difícil mudar as propriedades de um meio rápido o suficiente, uniformemente e com o contraste ideal para refletir sinais eletromagnéticos no tempo porque eles oscilam muito rápido”, ele explica.

A ideia dos especialistas foi então evitar alterar as propriedades do material hospedeiro e, em vez disso, criar um metamaterial, segundo Xu. Essa façanha fez com que uma parte significativa dos sinais de banda larga que viajavam nesse material fossem instantaneamente revertidos no tempo e convertidos em frequência.

Se alguém pudesse enxergar tudo isso em um “espelho do tempo”, essa pessoa veria um reflexo invertido e suas costas em vez da parte frontal do corpo. Como a duração dos sinais refletidos no tempo foi estendida, se os sinais de luz fossem visíveis, todas as suas cores seriam transformadas abruptamente, de modo que o vermelho se tornaria verde, o laranja se tornaria azul e o amarelo se tornaria violeta.

Na versão acústica dessa observação, o indivíduo ouviria um som semelhante ao emitido durante o rebobinamento de uma fita.

“Nosso experimento mostra que é possível adicionar interfaces de tempo à mistura, estendendo os graus de liberdade para manipular as ondas”, resume Shixiong Yin, um dos autores da pesquisa. “Também conseguimos criar uma versão temporal de uma cavidade ressonante, que pode ser usada para realizar uma nova forma de tecnologia de filtragem de sinais eletromagnéticos”.