A natureza está repleta de belos padrões, como as formas aparentemente complexas de flocos de neve, costas, nuvens e conchas do mar.
Mas aumente o zoom e verá fractais, significando o mesmo padrão simples repetindo em escalas cada vez menores.
Agora, os pesquisadores descobriram que um simples objeto 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 pensado como uma caixa composta por dois espelhos, com partículas de luz ou fótons, oscilando 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 curvado, de modo que alguns dos fótons saltam em ângulo e escapam ao invés de bater no outro espelho novamente, disse a Forbes. A luz do laser que vemos é composta por esses fótons que escapam.
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.
Antes, "o que tínhamos que fazer era olhar dentro da caixa", disse Forbes à Live Science.
Para criar o fractal, eles usaram os espelhos curvos do laser e fizeram com que eles cumprissem duas funções como uma espécie de "telescópio". Nesse caso, os espelhos eram curvados de uma maneira especial que distorcia formas como um espelho de um parque de diversões. "O que um telescópio faz é tornar grandes as coisas pequenas ou pequenas", disse a Forbes. Assim, toda vez que a luz gira uma vez, o sistema do telescópio a amplia ou diminui. Como resultado, em "um lugar em particular, forma essa estrutura engraçada e realmente louca" - "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 alterando a ampliação.
Eles então construíram um sistema de imagem que capturou esses fractais internos e os levou para uma tela. O padrão se repete apenas até você atingir o comprimento de onda da luz, assim como os fractais na natureza se repetem apenas até aumentar o zoom no nível do átomo, disse o co-autor Johannes Courtial, professor sênior de física e astronomia da Universidade de Glasgow em Escócia. (Em matemática, no entanto, os fractais se repetem infinitamente, como é o caso do famoso conjunto de Mandelbrot.)
Até o momento, as pessoas provavelmente estavam olhando para o lugar errado no laser, disse Courtial.
"Não parecíamos estar no plano certo, por isso não é o experimento perfeito", disse Courtial à Live Science. Agora que eles descobriram que isso pode ser feito, em experimentos subsequentes, "podemos fazer muito melhor".
As simulações teóricas, lideradas por Courtial, sugeriram que esse padrão poderia existir não apenas em duas dimensões, mas também em 3D. Isso significa que, quando você cortar o padrão fractal perpendicular ao plano em que está, poderá ver exatamente o mesmo padrão auto-semelhante. Quando isso apareceu em simulações do laser, "eu não esperava isso", disse Courtial. Mas os pesquisadores ainda precisam provar isso experimentalmente.
A Courtial disse que conduziu esses experimentos "por puro interesse" e que ainda não há aplicações práticas.
Mas saber que as luzes laser podem criar fractais pode levar a algum tipo de microscópio ou sistema de imagem que pode olhar para várias dimensões, em vez da superfície ou apenas uma camada de um objeto, disse a Forbes à Live Science. "A luz fractal possui muita complexidade e, portanto, pode-se sonhar que talvez seja o tipo perfeito de feixe para investigar matéria complexa".
