Todos lo hemos visto antes. La mariposa bellamente pintada que aparece cuando abres dos hojas de papel, después de cubrirlas con pintura y juntarlas. Los patrones geométricos de un caparazón de tortuga, o la construcción dela concha de un caracol; las hojas de una planta suculenta que se repiten una y otra vez para crear un patrón complejo; o el patrón de escarcha en el parabrisas de un automóvil después de estar afuera en invierno.
Estos patrones son todos ejemplos de fractales, la geometría de la naturaleza. Los fractales son las formas complejas que vemos todos los días en la naturaleza. Tienen la característica distintiva de una geometría repetitiva con estructura a múltiples escalas y se encuentran en todas partes, desde Romanescobrócoli a helecho, e incluso a escalas más grandes como salinas, montañas, costas y nubes. La forma de los árboles y las montañas es similar, por lo que una rama se parece a un árbol pequeño y un afloramiento rocoso como una montaña pequeña.
Durante las últimas dos décadas, los científicos han predicho que también podría crear luz fractal a partir de un láser. Con sus espejos esféricos altamente pulidos, un láser es casi exactamente lo contrario de la naturaleza, por lo que fue una sorpresa cuando, en 1998, se pronosticó que los rayos de luz emitidos por una clase de láseres eran fractales. Ahora, un equipo de Sudáfrica y Escocia ha demostrado que la luz fractal se puede crear a partir de un láser, verificando la predicción de dos décadas.
Reportando este mes en Revisión física A , el equipo proporciona la primera evidencia experimental para la luz fractal de láseres simples y agrega una nueva predicción, que la luz fractal debería existir en 3D y no solo en 2D como se pensaba anteriormente.
Los fractales son objetos complejos con un "patrón dentro de un patrón", de modo que la estructura parece repetirse al acercar o alejar la imagen. La naturaleza crea tales "patrones dentro de patrones" mediante muchas recursiones de una regla simple, por ejemplo, paraproducir un copo de nieve Los programas de computadora también se han utilizado para hacerlo al recorrer la regla una y otra vez, produciendo el famoso conjunto Mandelbrot.
La luz dentro del láser también hace esto: se desplaza de un lado a otro, rebotando entre los espejos en cada pasada, que se puede configurar para representar la luz en sí misma en cada viaje de ida y vuelta. Esto se ve como un bucle recursivo, repitiendo un simpleregla una y otra vez. La imagen significa que cada vez que la luz vuelve al plano de la imagen es una versión más pequeña o más grande de lo que era: un patrón dentro de un patrón dentro de un patrón.
Los fractales han encontrado aplicaciones en imágenes, redes, antenas e incluso en medicina. El equipo espera que el descubrimiento de formas fractales de luz que se puedan diseñar directamente desde un láser abra nuevas aplicaciones y tecnologías basadas en estos estados exóticos de luz estructurada.
"Los fractales son un fenómeno verdaderamente fascinante y están vinculados a lo que se conoce como" Caos "", dice el profesor Andrew Forbes, de la Universidad de Witwatersrand, quien dirigió el proyecto junto con el profesor Johannes Courtial de la Universidad de Glasgow"En el mundo de la ciencia popular, el Caos se llama" efecto mariposa ", donde un pequeño cambio en un lugar hace un gran cambio en otro lugar, por ejemplo, una mariposa batiendo sus alas en Asia provoca un huracán en los Estados Unidos. Esto tienese ha demostrado que es verdad "
Al explicar el descubrimiento de la luz fractal, Forbes explica que su equipo se dio cuenta de la importancia de dónde buscar fractales en un láser. "Mire el lugar equivocado dentro del láser y verá solo una mancha de luz manchada. Mire adentroel lugar correcto, donde ocurre la imagen y ves fractales "
El proyecto combinó la experiencia teórica del equipo de Glasgow con la validación experimental en Sudáfrica por investigadores de Wits y CSIR Consejo de Investigación Científica e Industrial. La versión inicial del experimento fue construida por el Dr. Darryl Naidoo del CSIR y Witsy completado por Hend Sroor Wits como parte de su doctorado.
"Lo sorprendente es que, como se predijo, el único requisito para demostrar el efecto es un láser simple con dos espejos esféricos pulidos. Estuvo allí todo el tiempo, difícil de ver si no estaba mirando el lugar correcto,"dice Courtial.
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Materiales proporcionados por Universidad de Witwatersrand . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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