Los patrones fractales son comunes en la naturaleza, incluso en los patrones geométricos de un caparazón de tortuga, la estructura de una concha de caracol, las hojas de una planta suculenta que se repiten para crear un patrón intrincado, y el patrón de escarcha en el parabrisas de un automóvil en invierno.

Los fractales tienen la característica distintiva de una geometría repetida con estructura en múltiples escalas, y se encuentran en todas partes, desde el brócoli romanesco hasta los helechos, e incluso a escalas mayores como las salinas, montañas, costas y nubes. Las formas de los árboles y las montañas también son auto-similares, tal que una rama parece un árbol pequeño y un afloramiento rocoso como una pequeña montaña.

Durante las últimas dos décadas, Los científicos han predicho que la luz fractal podría crearse con un láser. Con sus espejos esféricos altamente pulidos, un láser es casi exactamente lo contrario de la naturaleza, y por eso fue una sorpresa cuando, en 1998, Los investigadores predijeron los rayos de luz fractales emitidos por una clase de láseres. Ahora, un equipo de Sudáfrica y Escocia ha demostrado que la luz fractal se puede crear a partir de un láser, verificando la predicción de dos décadas.

Reportando este mes en Revisión física A , el equipo proporciona la primera evidencia experimental de luz fractal 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 pensaba anteriormente.

La naturaleza crea tales "patrones dentro de patrones" mediante muchas recursiones de una regla simple, por ejemplo, para producir un copo de nieve. Los programas de computadora también crean fractales recorriendo la regla repetidamente, famoso por producir el conjunto abstracto de Mandelbrot.

La luz del interior de los láseres también se mueve de un lado a otro, rebotando entre los espejos en cada pasada, que se puede configurar para visualizar la luz en sí misma en cada viaje de ida y vuelta. Esto parece un bucle recursivo, repitiendo una regla simple una y otra vez. La imagen significa que cada vez que la luz regresa al plano de la imagen, es una versión más pequeña (o más grande) de lo que era:un patrón dentro de un patrón dentro de un patrón.

Los fractales tienen aplicaciones en imágenes, redes, antenas e incluso medicinas. El equipo espera que el descubrimiento de formas fractales de luz que se pueden diseñar directamente a partir de un láser debería abrir nuevas aplicaciones y tecnologías basadas en estos estados exóticos de luz estructurada.

"Los fractales son un fenómeno verdaderamente fascinante vinculado a lo que se conoce como caos, "dice el profesor Andrew Forbes de la Universidad de Witwatersrand, quien dirigió el proyecto junto con el profesor Johannes Courtial de la Universidad de Glasgow. "En el mundo de la ciencia popular, el caos se conoce como el 'efecto mariposa, 'donde un pequeño cambio en un lugar hace un gran cambio en otro, por ejemplo, una mariposa batiendo sus alas en Asia provoca un huracán en los Estados Unidos. Se ha demostrado que esto es cierto ".

Al explicar el descubrimiento de la luz fractal, Forbes explica que su equipo se dio cuenta de la importancia de dónde buscar fractales en un láser. "Mire el lugar equivocado dentro del láser y verá sólo una mancha de luz manchada. Mire en el lugar correcto, donde ocurre la imagen, y ves fractales ".

El proyecto combinó la experiencia teórica del equipo de Glasgow con la validación experimental en Sudáfrica por investigadores de Wits y CSIR (Council for Scientific and Insdustrial Research). La versión inicial del experimento fue construida por el Dr. Darryl Naidoo (del CSIR y Wits) y completada por Hend Sroor (Wits) como parte de su Ph.D.

"Lo asombroso es que como se predijo, el único requisito para demostrar el efecto es un simple láser con dos espejos esféricos pulidos. Estuvo ahí todo el tiempo es difícil ver si no estabas mirando el lugar correcto, "dice Courtial.