Para cualquier medio desordenado como un terrón de azúcar, por ejemplo, se pueden encontrar ondas de luz especiales que prácticamente no son cambiadas por el medio, solo atenuadas. Estos 'modos de luz invariantes de dispersión' podrían jugar un papel importante en nuevas imágenestecnologías.
¿Por qué el azúcar no es transparente? Porque la luz que penetra en un trozo de azúcar se dispersa, altera y desvía de una manera muy complicada. Sin embargo, como un equipo de investigación de TU Wien Viena y la Universidad de Utrecht Países Bajos ha podidoPara mostrar, hay una clase de ondas de luz muy especiales para las que esto no se aplica: para cualquier medio desordenado específico, como el terrón de azúcar que acaba de poner en su café, se pueden construir haces de luz a medida queprácticamente no se modifican por este medio, sino que solo se atenúan. El haz de luz penetra en el medio y llega un patrón de luz por el otro lado que tiene la misma forma que si el medio no estuviera allí.
Esta idea de "modos de luz invariantes en dispersión" también se puede utilizar para examinar específicamente el interior de los objetos. Los resultados ya se han publicado en la revista Fotónica de la naturaleza .
Astronómicamente muchas formas de onda posibles
Las ondas en una superficie de agua turbulenta pueden tomar un número infinito de formas diferentes, y de manera similar, las ondas de luz también se pueden hacer en innumerables formas diferentes. "Cada uno de estos patrones de ondas de luz se cambia y se desvía en unde una forma muy específica cuando se envía a través de un medio desordenado ", explica el profesor Stefan Rotter del Instituto de Física Teórica de TU Wien.
Junto con su equipo, Stefan Rotter está desarrollando métodos matemáticos para describir tales efectos de dispersión de luz. El equipo del profesor Allard Mosk de la Universidad de Utrecht contribuyó con la experiencia para producir y caracterizar campos de luz tan complejos.medio, utilizamos una capa de óxido de zinc, un polvo blanco opaco de nanopartículas dispuestas completamente al azar ", explica Allard Mosk, director del grupo de investigación experimental.
Primero, debe caracterizar esta capa con precisión. Ilumina señales de luz muy específicas a través del polvo de óxido de zinc y mide cómo llegan al detector detrás de él. A partir de esto, puede concluir cómo cualquier otra onda es modificada por este medio.- en particular, puede calcular específicamente qué patrón de ondas cambia esta capa de óxido de zinc exactamente como si la dispersión de ondas estuviera completamente ausente en esta capa.
"Como pudimos mostrar, existe una clase muy especial de ondas de luz: los llamados modos de luz invariantes de dispersión, que producen exactamente el mismo patrón de onda en el detector, independientemente de si la onda de luz fue soloenviado a través del aire o si tenía que penetrar la complicada capa de óxido de zinc ", dice Stefan Rotter." En el experimento, vemos que el óxido de zinc en realidad no cambia la forma de estas ondas de luz en absoluto, solo se vuelven un pocomás débil en general ", explica Allard Mosk.
Una constelación estelar en el detector de luz
Por muy especiales y raros que sean estos modos de luz invariantes de dispersión, con el número teóricamente ilimitado de posibles ondas de luz, todavía se pueden encontrar muchas de ellas. Y si combina varios de estos modos de luz invariantes de dispersión de la manera correcta, obtienes una forma de onda invariante de dispersión nuevamente.
"De esta manera, al menos dentro de ciertos límites, es bastante libre de elegir qué imagen desea enviar a través del objeto sin interferencias", dice Jeroen Bosch, quien trabajó en el experimento como estudiante de doctorado ".Para el experimento, elegimos una constelación como ejemplo: La Osa Mayor. Y de hecho, fue posible determinar una onda invariante de dispersión que envía una imagen de la Osa Mayor al detector, independientemente de si la onda de luz es dispersada por elcapa de óxido de zinc o no. Para el detector, el haz de luz se ve casi igual en ambos casos ".
Una mirada al interior de la celda
Este método para encontrar patrones de luz que penetran un objeto en gran parte sin ser molestados también podría usarse para procedimientos de imágenes. "En los hospitales, los rayos X se usan para mirar dentro del cuerpo; tienen una longitud de onda más corta y, por lo tanto, pueden penetrar nuestra piel.Pero la forma en que una onda de luz penetra en un objeto depende no solo de la longitud de onda, sino también de la forma de onda ", dice Matthias Kühmayer, quien trabaja como estudiante de doctorado en simulaciones por computadora de la propagación de ondas." Si desea enfocar la luzdentro de un objeto en ciertos puntos, entonces nuestro método abre posibilidades completamente nuevas. Pudimos demostrar que usando nuestro enfoque la distribución de la luz dentro de la capa de óxido de zinc también se puede controlar específicamente. "Esto podría ser interesante para experimentos biológicos, por ejemplo, donde desea introducir luz en puntos muy específicos para mirar profundamente dentro de las células.
Lo que ya muestra la publicación conjunta de los científicos de los Países Bajos y Austria es la importancia de la cooperación internacional entre la teoría y el experimento para lograr avances en esta área de investigación.
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