Gyles Lewis
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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 pour la première fois il y a deux décennies. Ils ont rapporté 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 photons, qui rebondissent entre les miroirs, a déclaré l'auteur de l'étude Andrew Forbes, 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 angle et s'échappent plutôt que de frapper à nouveau l'autre miroir, a déclaré Forbes. La lumière laser que nous voyons est composée de ces photons qui s'échappent. [Images étonnantes: Formes de cœur dans la nature]
Les scientifiques ont prédit il y a des décennies 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 .
Pour créer la fractale, ils ont utilisé les miroirs incurvés du laser et leur ont fait faire une double fonction comme une sorte de «télescope». Dans ce cas, les miroirs étaient courbés d'une manière spéciale qui déformait les formes comme un miroir funhouse. «Ce qu'un télescope fait, c'est [qu'il] rend de grandes choses petites ou de petites choses grandes», a déclaré Forbes. Ainsi, chaque fois que la lumière circule une fois, leur système de télescope l'agrandit ou la réduit. En conséquence, "à un endroit particulier [à l'intérieur du laser], il forme cette drôle, cette structure vraiment folle" - "une image dans une image dans une image", a-t-il dit. En d'autres termes: une fractale.
Les chercheurs ont créé de nombreux 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 modèle 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 vous zoomiez sur le niveau de l'atome, a déclaré le co-auteur Johannes Courtial, maître de conférences en physique et astronomie à l'Université de Glasgow en Écosse. (En mathématiques, cependant, les fractales se répètent à l'infini, comme c'est le cas avec le célèbre ensemble de Mandelbrot.)
Jusque-là, les gens regardaient probablement au mauvais endroit dans le laser, a déclaré Courtial..
"Nous n'avons pas cherché tout à fait dans le bon plan [non plus], donc ce n'est pas l'expérience parfaite", a déclaré Courtial. Maintenant qu'ils ont compris que cela pouvait être fait, dans les expériences suivantes, «nous pouvons faire beaucoup mieux».
Les simulations théoriques, menées par Courtial, ont suggéré que ce modèle pourrait exister non seulement en deux dimensions, mais aussi en 3D. Cela signifie que lorsque vous coupez le motif fractal perpendiculairement au plan dans 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 n'ont pas encore prouvé cela expérimentalement.
Courtial a déclaré qu'ils avaient mené ces expériences "purement par intérêt" et qu'il n'y avait pas encore d'applications pratiques.
Mais savoir que les lumières laser peuvent créer des fractales pourrait éventuellement conduire à une sorte de microscope ou de système d'imagerie qui pourrait regarder plusieurs dimensions plutôt que la surface ou juste une couche d'un objet, a déclaré Forbes. "La lumière fractale est très complexe, et on peut donc rêver que c'est peut-être alors le type de faisceau parfait pour sonder une matière complexe."
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