La nature regorge de beaux motifs, comme les formes apparemment complexes des flocons de neige, des côtes, des nuages et des coquillages.
Mais zoomez et vous verrez des fractales, ce qui signifie le même motif simple se répétant à des échelles de plus en plus petites.
Maintenant, les chercheurs ont découvert qu'un simple objet fabriqué par l'homme, un laser, peut également créer ces motifs incroyablement complexes - comme cela avait été prédit il y a deux décennies. Ils ont rendu compte de leurs résultats le 25 janvier dans la revue Physical Review A.
Un laser peut être considéré comme une boîte composée de deux miroirs, avec des particules de lumière ou des photons, qui rebondissent entre les miroirs, a déclaré Andrew Forbes, auteur de l'étude, professeur de physique à l'Université du Witwatersrand, à Johannesburg. , Afrique du Sud. Cependant, l'un des miroirs est incurvé de sorte que certains des photons rebondissent sous un certain angle et s'échappent plutôt que de frapper à nouveau l'autre miroir, a déclaré Forbes. La lumière laser que nous voyons est constituée de ces photons qui s'échappent.
Il y a des décennies, les scientifiques ont prédit que la lumière s'échappant du laser pourrait théoriquement produire une fractale dans les bonnes conditions. Mais il s'avère que ce n'est pas le cas.
Plutôt, "ce que nous devions faire était de regarder à l'intérieur de la boîte", a déclaré Forbes à Live Science.
Pour créer la fractale, ils ont utilisé les miroirs incurvés du laser et leur ont fait faire un double devoir comme une sorte de "télescope". Dans ce cas, les miroirs ont été courbés d'une manière spéciale qui déformait les formes comme un miroir funhouse. "Ce que fait un télescope, c'est que les grandes choses deviennent petites ou grandes", a déclaré Forbes. Ainsi, chaque fois que la lumière tourne une fois, leur système de télescope l'agrandit ou la rétrécit. En conséquence, dans "un endroit particulier, cela forme cette structure drôle, vraiment folle" - "une image dans une image dans une image", a-t-il dit. En d'autres termes: une fractale.
Les chercheurs ont créé différents types de fractales en jouant avec la courbure des miroirs et en modifiant ainsi le grossissement.
Ils ont ensuite construit un système d'imagerie qui a capturé ces fractales internes et les a amenées à l'extérieur sur un écran. Le motif ne se répète que jusqu'à ce que vous atteigniez la longueur d'onde de la lumière, tout comme les fractales dans la nature ne se répètent que jusqu'à ce que le zoom soit au niveau de l'atome, a déclaré le co-auteur Johannes Courtial, maître de conférences en physique et astronomie à l'Université de Glasgow à Écosse. (En mathématiques, cependant, les fractales se répètent à l'infini, comme c'est le cas avec le célèbre ensemble de Mandelbrot.)
Jusqu'à ce point, les gens regardaient probablement au mauvais endroit dans le laser, a déclaré Courtial.
"Nous n'avions pas l'air tout à fait dans le bon avion, donc ce n'est pas l'expérience parfaite", a déclaré Courtial à Live Science. Maintenant qu'ils ont compris que cela peut être fait, dans des expériences ultérieures, "nous pouvons faire beaucoup mieux".
Les simulations théoriques, dirigées par Courtial, ont suggéré que ce modèle pourrait non seulement exister en deux dimensions, mais aussi en 3D. Cela signifie que lorsque vous coupez le motif fractal perpendiculairement au plan sur lequel il se trouve, vous pouvez voir exactement le même motif auto-similaire. Lorsque cela est apparu dans les simulations du laser, "je ne m'y attendais pas du tout", a déclaré Courtial. Mais les chercheurs doivent encore le prouver expérimentalement.
Courtial a déclaré avoir mené ces expériences "purement par intérêt" et qu'il n'y a pour l'instant aucune application pratique.
Mais sachant que les lumières laser peuvent créer des fractales pourrait conduire à une sorte de microscope ou de système d'imagerie qui pourrait regarder plusieurs dimensions plutôt que la surface ou une seule couche d'un objet, a déclaré Forbes à Live Science. "La lumière fractale comporte beaucoup de complexité, et on peut donc rêver que c'est peut-être alors le type de faisceau parfait pour sonder la matière complexe."
