Consiguen por primera vez crear fractales a partir de láseres

Los fractales son objetos geométricos cuya estructura básica, fragmentada o aparentemente irregular, se repite a diferentes escalas. Eso significa que ofrecen siempre la misma estructura, independientemente de la distancia a la que son observados. Los cristales de sal o los copos de nieve son claros ejemplos de fractales.

Los fractales tienen una propiedad singular conocida como autosimilaridad, según la cual todas sus partes son exacta o aproximadamente similares a una parte del mismo. Los fractales se pueden representar mediante programas informáticos que producen fractales repitiendo la regla continuamente.

La luz también es un fractal, ya que se ha comprobado que pasa a través de un objeto similar a un fractal. Durante las últimas dos décadas, los científicos han predicho que la luz fractal podría crearse con un láser. Ahora, un equipo de Sudáfrica y Escocia ha verificado la predicción de hace veinte años.

En un artículo publicado en Physical Review A, el equipo investigador proporciona la primera evidencia experimental de luz fractal a partir de láseres simples y agrega una nueva predicción: que el patrón fractal debería existir en 3-D y no solo en 2-D, como se pensó anteriormente.

Mirando en el lugar correcto

Al explicar el descubrimiento, el director del proyecto, Andrew Forbes, explica en un comunicado cómo 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. Mire en el lugar correcto, donde suceden las imágenes, y verá fractales".

El método utilizado es la dinámica del láser, que rebota entre los espejos y se repite constantemente, para imitar las repeticiones de patrones fractales en la naturaleza.

Mediante el control preciso de la luz láser en espejos esféricos, los científicos pudieron obtener una versión más pequeña o más grande de un patrón cada vez que el láser volvía a un punto en el que podía observarse, lo que daba como resultado fractales. Este punto de observación se denomina plano de imagen común y requiere mirar dentro de la óptica del propio láser y no dentro del haz resultante.

Según los investigadores, el potencial para usar este descubrimiento todavía está en su infancia, pero su capacidad de aplicación para imágenes, redes, tecnología de antenas y medicamentos es considerable. Los fractales están estrechamente relacionados con la teoría del caos, ya que un pequeño cambio en un sistema puede tener resultados enormes e impredecibles.

Próximos pasos: láseres personalizados

Otro descubrimiento adicional se refiere a que, en las simulaciones del láser, los científicos descubrieron que podría haber una estructura fractal a lo largo del eje de la caja, en la dirección en la que se desplaza la luz. Esto implicaría que los fractales 3D son posibles en los láseres. Para verificar esto se requeriría un experimento mucho más preciso, y eso es en lo que este equipo está trabajando ahora.

Según Forbes, este descubrimiento es emocionante por dos razones. Primero, por una cierta satisfacción en desentrañar los misterios de la ciencia, avanzando en el conocimiento. Segundo, porque descubrimientos como este a menudo conducen a nuevas tecnologías.

“El objetivo de investigación de nuestro grupo es crear láseres personalizados con la capacidad de generar cualquier patrón deseado. Al hacerlo, los láseres encontrarán incluso más aplicaciones que en la actualidad. Los fractales ya se han utilizado en el procesamiento digital, imágenes e incluso medicina. Por lo tanto, estamos entusiasmados con la posibilidad de ofrecer un láser para suministrar dicha luz de estructura exótica”, concluye Forbes.

Referencia

Fractal light from lasers. Hend Sroor et al. Phys. Rev. A 99, 013848. Published 25 January 2019. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevA.99.013848