Supersimetria temporal

Un equip de recerca del Centre de Tecnologia Nanofotònica (CTN) de la Universitat Politècnica de València (UPV), ha fet un nou pas per al disseny de materials invisibles omnidireccionals en descobrir, als seus laboratoris, una nova simetria fonamental en les lleis de l'electromagnetisme, l'acústica i l'elasticitat: una supersimetria temporal. Aquesta troballa ha sigut publicada en la revista Nature Communications.

Segons expliquen Carlos García Meca i Andrés Macho Ortiz, investigadors del CTN de la UPV, la nova simetria permet la conservació del moment lineal entre sistemes físics radicalment diferents, la qual cosa obri el camí a poder dissenyar dispositius òptics, acústics i elàstics pioners fins avui, entre aquests, materials invisibles omnidireccionals i independents de la polarització, desplaçadors de fase i de freqüència ultracompactes i de banda ampla, aïlladors i transformadors de polsos.

El canvi de l'índex de refracció, clau

“Es tracta”, explica García Meca, “de dispositius que ens permeten modificar de forma inusual diferents propietats dels senyals de llum a l'interior dels circuits fotònics per a processar la informació propagada, una cosa bàsica en qualsevol sistema de comunicacions. A més, podem adaptar la funcionalitat d'aquests dispositius a la requerida a cada moment, ja que aquests són reconfigurables dinàmicament”.

Per al disseny d'aquests nous dispositius, com apunta Macho, la clau resideix en el canvi de l'índex de refracció, que en aquest cas no es genera en l'espai, sinó en el temps. “La tècnica de supersimetria ens diu com cal variar l'índex de refracció de l'objecte perquè la llum es transmeta completament, i s’eviten així reflexions indesitjables”.

Transparència total

Aquesta propietat de no-reflexió és especialment útil per al disseny de nous circuits fotònics. “La seua aplicació ens permet augmentar la rapidesa de les comunicacions al seu interior i fer-los molt més compactes i reconfigurables sense que el senyal que transporta els bits d'informació es reflectisca cap endarrere”, expliquen tots dos.

En general, la reflexió en materials les propietats dels quals varien en el temps no depèn de la direcció de propagació de la llum. Per tant, “l'absència de reflexió en els materials proposats està lligada a una transparència total, la qual cosa dona lloc al concepte d'invisibilitat omnidireccional, és a dir, que siga com siga la direcció en la qual la llum incideix en aquests materials, la presència d'aquests és indetectable”, conclouen els autors.

Les simetries, fonamentals per a trobar les lleis de conservació universals

El descobriment de simetries en la naturalesa és una pedra angular de la física que ens permet trobar les lleis de conservació que governen l'univers. Per exemple, la conservació de la càrrega elèctrica, de l'energia o de la massa (que sorgeix de simetries en les lleis físiques que governen l'electromagnetisme, la termodinàmica i la química) ha permès a l'ésser humà la capacitat de desenvolupar la tecnologia actual (circuits, centrals nuclears, fàrmacs...).

Excepcionalment, la supersimetria va ser originalment concebuda en física quàntica com una simetria hipotètica entre les partícules que podria explicar totes les interaccions de la naturalesa: forces nuclears, gravetat i electromagnetisme.