La natura è ricca di bellissimi motivi, come le forme apparentemente complesse di fiocchi di neve, coste, nuvole e conchiglie.
Ingrandisci e vedrai i frattali, che significano lo stesso, semplice schema che si ripete su scale sempre più piccole.
Ora, i ricercatori hanno scoperto che un semplice oggetto creato 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 all'Università del Witwatersrand, a Johannesburg , Sud Africa. Tuttavia, uno degli specchi è curvo in modo tale che alcuni fotoni rimbalzano su un angolo e fuggono invece di colpire di nuovo l'altro specchio, ha detto Forbes. La luce laser che vediamo è composta da quei fotoni in fuga.
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 a Live Science.
Per creare il frattale, hanno usato gli specchi curvi del laser e li hanno fatti fare il doppio dovere come una sorta di "telescopio". In questo caso, gli specchi erano curvati in modo speciale che deformava le forme come uno specchio da luna park. "Quello che fa un telescopio è rendere grandi o piccole le cose grandi", ha detto Forbes. Quindi ogni volta che la luce gira una volta, il loro sistema telescopico la ingrandisce o la restringe. Di conseguenza, in "un posto particolare, 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 diversi tipi di frattali giocando con la curvatura degli specchi e modificando 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 viene ingrandito al livello dell'atomo, ha affermato il co-autore Johannes Courtial, professore di fisica e astronomia all'Università di Glasgow in Scozia. (In matematica, tuttavia, i frattali si ripetono all'infinito, come nel caso del famoso set Mandelbrot.)
Fino a questo punto, probabilmente la gente stava guardando nel posto sbagliato nel laser, ha detto Courtial.
"Non sembravamo esattamente sul piano giusto, quindi non è l'esperimento perfetto", ha detto Courtial a Live Science. 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 esistere solo 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 modello identico e auto-simile. Quando ciò è emerso dalle simulazioni del laser, "non me lo aspettavo affatto", ha detto Courtial. Ma i ricercatori devono ancora dimostrarlo sperimentalmente.
Courtial ha dichiarato di aver 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 in grado di guardare più dimensioni anziché la superficie o solo uno strato di un oggetto, ha detto Forbes a Live Science. "La luce frattale porta molta complessità, e quindi si può sognare che forse è allora il tipo perfetto di raggio per sondare la materia complessa."
