Lindos padrões fractais, normalmente encontrados apenas na natureza, recriados com luz laser

  • Vova Krasen
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A natureza está repleta de belos padrões, como as formas aparentemente complexas de flocos de neve, litorais, nuvens e conchas.

Mas aumente o zoom e você verá fractais, significando o mesmo padrão simples se repetindo em escalas cada vez menores. 

Agora, os pesquisadores descobriram que um objeto simples feito pelo homem, um laser, também pode criar esses padrões incrivelmente intrincados - como foi previsto pela primeira vez há duas décadas. Eles relataram seus resultados em 25 de janeiro na revista Physical Review A.

Um laser pode ser visto como uma caixa composta de dois espelhos, com partículas de luz ou fótons, saltando para frente e para trás entre os espelhos, disse o autor do estudo Andrew Forbes, professor de física da Universidade de Witwatersrand, em Joanesburgo. , África do Sul. No entanto, um dos espelhos é curvo para que alguns dos fótons saltem em um ângulo e escapem em vez de atingir o outro espelho novamente, disse a Forbes. A luz laser que vemos é composta por esses fótons que escapam. [Imagens incríveis: formas de coração na natureza]

Os cientistas previram décadas atrás que a luz que escapava do laser poderia teoricamente produzir um fractal nas condições certas. Mas acontece que não é o caso.

Em vez disso, "o que tivemos que fazer foi olhar para dentro da caixa", disse Forbes .

Para criar o fractal, eles usaram os espelhos curvos do laser e os fizeram funcionar em dobro, como uma espécie de "telescópio". Neste caso, os espelhos eram curvados de uma forma especial que distorcia as formas como um espelho de casa de diversões. "O que um telescópio faz é tornar grandes coisas grandes ou pequenas coisas grandes", disse Forbes. Portanto, toda vez que a luz gira uma vez, o sistema de telescópio a amplia ou diminui. Como resultado, em "um lugar particular [dentro do laser], ele forma essa estrutura engraçada, essa estrutura realmente maluca" - "uma imagem dentro de uma imagem dentro de uma imagem", disse ele. Em outras palavras: um fractal.

Os pesquisadores criaram muitos tipos diferentes de fractais brincando com a curvatura dos espelhos e, assim, mudando a ampliação.

Curvando os espelhos dentro dos lasers de maneiras diferentes, os pesquisadores foram capazes de criar vários padrões fractais. (Crédito da imagem: Wits University)

Eles então construíram um sistema de imagem que capturou esses fractais internos e os trouxe para uma tela. O padrão se repete apenas até que você alcance o comprimento de onda da luz, assim como os fractais na natureza se repetem apenas até o zoom no nível do átomo, disse o coautor Johannes Courtial, professor sênior de física e astronomia na Universidade de Glasgow em Escócia. (Na matemática, entretanto, os fractais se repetem infinitamente, como é o caso do famoso conjunto de Mandelbrot.)

Até este ponto, as pessoas provavelmente estavam olhando para o lugar errado no laser, disse Courtial.

“Não parecíamos exatamente no plano certo [também], então não é o experimento perfeito”, disse Courtial. Agora que eles descobriram que isso pode ser feito, em experimentos subsequentes, "podemos fazer muito melhor".

As simulações teóricas, conduzidas por Courtial, sugeriram que esse padrão pode existir não apenas em duas dimensões, mas também em 3D. Isso significa que, quando você corta o padrão fractal perpendicular ao plano em que ele está, pode ver exatamente o mesmo padrão semelhante. Quando isso apareceu nas simulações do laser, "eu não esperava nada disso", disse Courtial. Mas os pesquisadores ainda precisam provar isso experimentalmente.

Courtial disse que realizaram esses experimentos "puramente por interesse" e que não há aplicações práticas ainda.

Mas saber que luzes de laser podem criar fractais pode levar a algum tipo de microscópio ou sistema de imagem que pode olhar em múltiplas dimensões ao invés da superfície ou apenas uma camada de um objeto, disse Forbes. "A luz fractal carrega muita complexidade, então pode-se sonhar que talvez seja o tipo perfeito de feixe para sondar matéria complexa."

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Originalmente publicado em .




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