Un caillou jeté dans un étang fait naître des ronds qui s'étendent dans toutes les directions. Imaginez maintenant que l'étang lui-même se transforme soudain en gelée, et ce, instantanément, plus vite que la vague n'a le temps de former une seule crête. Une partie des ronds continuera à s'étendre, mais en changeant de pas, tandis qu'une autre — surprise — fera demi-tour et repartira vers le point d'impact, comme si le temps s'écoulait à rebours pour elle. C'est exactement ce que des physiciens ont fait avec la lumière.
Dans la vie courante, la lumière se réfléchit à la frontière entre deux milieux — par exemple, le verre ou l'eau. Mais on peut provoquer une réflexion dans le temps : modifier brusquement, en une fraction de période de l'onde, les propriétés du milieu dans lequel la lumière se propage. L'onde se scinde alors en deux. Une partie — « réfractée dans le temps » — continue sa course, mais sa fréquence est décalée (sa couleur change). L'autre — « réfléchie dans le temps » — repart en arrière dans l'espace, avec une phase inversée et une fréquence également modifiée. Jusqu'à présent, on n'avait observé ce phénomène que pour les ondes radio, car pour la lumière, il faut un saut d'indice de réfraction proche de l'unité en un temps plus court qu'une oscillation — quelques femtosecondes (millionièmes de milliardième de seconde). Les matériaux optiques ordinaires soit changent trop faiblement de propriétés, soit trop lentement.
Les auteurs de l'étude ont trouvé un moyen de créer un tel saut, à la fois ultrarapide et intense. Ils ont irradié un matériau transparent avec une impulsion laser puissante qui modifiait presque instantanément son indice de réfraction. À cet instant, l'onde lumineuse initiale subissait une « secousse temporelle » et engendrait une onde en retour — celle-là même qui est réfléchie dans le temps. Le dispositif a permis non seulement d'observer cet effet, mais aussi de mesurer le décalage de fréquence et de phase, confirmant ainsi la théorie.
Cette prouesse n'est pas qu'une belle expérience. Elle offre un nouvel outil pour contrôler la lumière : on peut amplifier des ondes, changer leur couleur ou leur direction sans les miroirs et lentilles habituels, simplement en jouant avec le temps. C'est un pas vers une électronique optique plus rapide, de nouveaux lasers et, peut-être, vers l'observation d'états exotiques de la lumière dans des milieux changeants, où les lois habituelles de l'optique cessent de s'appliquer.
Pour obtenir un saut d'indice de réfraction suffisant pour réfléchir la lumière dans le temps, les scientifiques ont utilisé une impulsion laser d'une puissance de l'ordre du térawatt — comparable à la puissance instantanée de toutes les centrales électriques de la Terre, mais concentrée en un intervalle un milliard de fois plus court qu'un flash d'appareil photo.