Phillip Hopkins
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La natura è ricca di splendidi motivi, come le forme apparentemente complesse di fiocchi di neve, coste, nuvole e conchiglie.
Ma ingrandisci e vedrai frattali, che significa lo stesso semplice schema ripetuto su scale sempre più piccole.
Ora, i ricercatori hanno scoperto che un semplice oggetto realizzato dall'uomo, un laser, può anche creare questi schemi incredibilmente intricati, come era stato previsto per la prima volta due decenni fa. Hanno riportato i loro risultati il 25 gennaio sulla rivista Physical Review A.
Un laser può essere pensato come una scatola composta da due specchi, con particelle di luce o fotoni, che rimbalzano avanti e indietro tra gli specchi, ha detto l'autore dello studio Andrew Forbes, professore di fisica presso l'Università del Witwatersrand, a Johannesburg. , Sud Africa. Tuttavia, uno degli specchi è curvo in modo che alcuni dei fotoni rimbalzino ad angolo e scappano piuttosto che colpire di nuovo l'altro specchio, ha detto Forbes. La luce laser che vediamo è composta da quei fotoni in fuga. [Immagini sorprendenti: forme di cuore in natura]
Gli scienziati hanno predetto decenni fa che la luce che fuoriesce dal laser potrebbe teoricamente produrre un frattale nelle giuste condizioni. Ma si scopre che non è così.
Piuttosto, "quello che dovevamo fare era guardare dentro la scatola", ha detto Forbes .
Per creare il frattale, hanno usato gli specchi curvi del laser e gli hanno fatto fare il doppio lavoro come una sorta di "telescopio". In questo caso, gli specchi erano curvati in un modo speciale che distorceva le forme come uno specchio da luna park. "Quello che fa un telescopio è che fa piccole cose grandi o piccole cose grandi", ha detto Forbes. Quindi ogni volta che la luce gira una volta, il loro sistema di telescopio la ingrandisce o la riduce. Di conseguenza, in "un punto particolare [all'interno del laser], forma questa struttura divertente, davvero folle" - "un'immagine all'interno di un'immagine all'interno di un'immagine", ha detto. In altre parole: un frattale.
I ricercatori hanno creato molti tipi diversi di frattali giocando con la curvatura degli specchi e cambiando così l'ingrandimento.
Hanno quindi costruito un sistema di imaging che ha catturato questi frattali interni e li ha portati all'esterno su uno schermo. Il modello si ripete solo fino a raggiungere la lunghezza d'onda della luce, proprio come i frattali in natura si ripetono solo fino a quando non vengono ingranditi al livello dell'atomo, ha detto il coautore Johannes Courtial, docente senior di fisica e astronomia presso l'Università di Glasgow in Scozia. (In matematica, tuttavia, i frattali si ripetono all'infinito, come nel caso del famoso insieme di Mandelbrot.)
Fino a questo punto, le persone probabilmente stavano guardando nel punto sbagliato del laser, ha detto Courtial.
"Non sembravamo nemmeno nel giusto piano [neanche], quindi non è l'esperimento perfetto", ha detto Courtial. Ora che hanno capito che si può fare, negli esperimenti successivi "possiamo fare molto meglio".
Le simulazioni teoriche, guidate da Courtial, hanno suggerito che questo modello potrebbe non solo esistere in due dimensioni, ma anche in 3D. Ciò significa che quando tagli il modello frattale perpendicolare al piano su cui si trova, potresti vedere lo stesso identico modello auto-simile. Quando ciò si è manifestato nelle simulazioni del laser, "non me lo aspettavo affatto", ha detto Courtial. Ma i ricercatori devono ancora dimostrarlo sperimentalmente.
Courtial ha detto che hanno condotto questi esperimenti "puramente per interesse" e che non ci sono ancora applicazioni pratiche.
Ma sapere che le luci laser possono creare frattali potrebbe portare a una sorta di microscopio o sistema di imaging che potrebbe guardare più dimensioni piuttosto che la superficie o solo uno strato di un oggetto, ha detto Forbes. "La luce frattale comporta molta complessità, quindi si può sognare che forse è il tipo perfetto di raggio per sondare la materia complessa".
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