Zeitliche Supersymmetrie ermöglicht Unsichtbarkeit

Die Entdeckung von Symmetrien in der Natur ist ein Eckpfeiler der Physik. Sie ermöglicht Wissenschaftlern, die Erhaltungssätze zu finden, die das Universum regieren. So hat zum Beispiel die Erhaltung der elektrischen Ladung, der Energie oder der Masse dem Menschen die Möglichkeit gegeben, die heutige Technologie zu entwickeln, einschließlich Informationstechnik, Autos oder Kernkraftwerke – und jüngst auch Unsichtbarkeit.

Forscher des Technologiezentrums für Nanophotonik (NTC) der Polytechnischen Universität Valencia (UPV) haben nun eine neue Symmetrie gefunden. Diese zeitliche Supersymmetrie erlaubt dank der fundamentalen Symmetrie in den Gesetzen des Elektromagnetismus, der Akustik und der Elastizität sogar die Entwicklung omnidirektionaler unsichtbarer Materialien.

Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher um Carlos García Meca und Andrés Macho Ortiz in der Zeitschrift „Nature Communications“.

Totale Transparenz und unsichtbare Bauteile

Laut Meca und Ortiz ermöglicht die neue Symmetrie die Erhaltung des linearen Impulses zwischen radikal unterschiedlichen physikalischen Systemen. Neben polarisationsunabhängigen, durchsichtigen Materialien für die Solar– und IT-Branche ist auch die weitere Minimierung elektronischer Wandler, Isolatoren und Transformatoren denkbar.

Für das Design dieser neuen Geräte liegt, wie Macho betont, der Schlüssel in der Änderung des Brechungsindex. Dieser wird in diesem Fall jedoch nicht im Raum, sondern in der Zeit erzeugt. „Die Technik der Supersymmetrie sagt uns, wie wir den Brechungsindex des Objekts so variieren können, dass das Licht vollständig durchgelassen wird und somit unerwünschte Reflexionen vermieden werden.“

Diese nicht reflektierende Eigenschaft ist besonders nützlich für den Entwurf neuer photonischer Schaltungen. „Seine Anwendung erlaubt es uns, die Geschwindigkeit der Kommunikation in ihnen zu erhöhen und sie viel kompakter und rekonfigurierbarer zu machen, ohne dass das Signal, das die Informationsbits trägt, zurück reflektiert wird“, sagten die Forscher.

Im Allgemeinen hängt die Reflexion in Materialien mit zeitabhängigen Eigenschaften nicht von der Richtung der Lichtausbreitung ab. Daher ist die Abwesenheit von Reflexion in den vorgeschlagenen Materialien mit totaler Transparenz verbunden.

Das begründet das Konzept der omnidirektionalen Unsichtbarkeit. „Das heißt, dass unabhängig von der Richtung, in der das Licht auf diese Materialien trifft, ihre Anwesenheit nicht erkennbar ist“, folgern die Autoren.

(Mit Material der Polytechnischen Universität Valencia)