Per decenni, il tempo è stato un argomento trascurato nella fisica. Un parametro che avanza inesorabile, che organizza gli eventi della nostra vita. Lo trascorriamo, lo seguiamo da vicino: ci dice quando svegliarci, quando svolgere un compito o quando è ora di andare a dormire. Era una variabile secondaria, fino a quando un recente esperimento (pubblicato su Nature Photonics e condotto da Joshua Feis e Sebastian Weidemann) l’ha riportato al centro della scena. Questa scoperta rende il tempo protagonista nel gioco tra materia e luce. Ridefinisce il comportamento delle proprietà topologiche quando spazio e tempo si intrecciano. Quello che hanno osservato sono “eventi topologici spazio-temporali’. Il termine può sembrare tecnico, ma in fondo si riferisce a qualcosa di molto concreto: punti unici in cui la materia si comporta in modo radicalmente diverso, concentrando proprietà quantistiche precise in un luogo e in un istante esatto.
Questo è ciò che hanno scoperto i fisici del tempo
I ricercatori sono partiti da idee già note, come i cristalli temporali: sistemi in grado di ripetere la loro struttura nel tempo, non solo nello spazio. Ma Feis e il suo team sono riusciti a creare una rete sperimentale in cui spazio e tempo non appaiono come dimensioni separate, ma intrecciate. Lo hanno fatto in laboratorio, utilizzando fibre ottiche e passeggiate quantistiche di fotoni.
Secondo lo studio, ripensare il ruolo del tempo promette una nuova dimensione per la fisica topologica. Nel loro laboratorio, il team ha creato una rete fotonica in cui la luce si muove con grande precisione.
Modificando i parametri di questa rete (come il guadagno o la perdita di intensità in determinati punti), hanno osservato come gli impulsi di luce si concentrassero in intersezioni specifiche dello spazio e del tempo.
La cosa impressionante di questi eventi è che resistono a quasi tutto. Anche se ci sono disturbi nel sistema, continuano ad apparire. Il luogo esatto può variare leggermente, ma il momento in cui si verificano non cambia.
Questa stabilità li rende un’opzione molto interessante per le tecnologie del futuro: comunicazioni ottiche che non si degradano, laser topologici che funzionano anche in presenza di rumore o difetti.
Il tempo può avere dei confini come lo spazio?
Finora, i materiali topologici erano definiti dal loro comportamento rispetto ai confini spaziali. Erano sistemi immuni alle imperfezioni, protetti da leggi matematiche profonde.
Ciò che introduce questo esperimento è un altro livello: che possono esserci anche dei “confini” nel tempo. E che anche in questi confini si manifestano stati quantistici protetti.
Nelle parole dello studio, “gli eventi topologici spazio-temporali emergono dove gli stati topologici sono localizzati in tutti i gradi di libertà disponibili”. In altre parole, in quel punto esatto dello spazio-tempo, si condensa tutto ciò che rende speciale la materia topologica.
D’altra parte, l’esperimento ha mostrato qualcosa di ancora più curioso: questi eventi si attivano solo se il segnale arriva dal loro passato. Se la direzione del tempo non viene rispettata, semplicemente non si verificano. È ciò che gli autori chiamano un «blocco causale».
Questa proprietà non era mai stata osservata prima nei sistemi topologici e potrebbe aprire la porta a dispositivi con una sicurezza integrata nella freccia del tempo stessa.
