Un equipo de investigadores del Technion - Instituto de Tecnología de Israel ha observado un flujo de luz ramificado por primera vez. Los hallazgos se publican en Naturaleza y aparecen en la portada del 2 de julio Edición de 2020.

El estudio fue realizado por Ph.D. estudiante Anatoly (Tolik) Patsyk, en colaboración con Miguel A. Bandres, quien era becario postdoctoral en Technion cuando comenzó el proyecto y ahora es profesor asistente en CREOL, Facultad de Óptica y Fotónica, Universidad de Florida Central. La investigación fue dirigida por el profesor Uri Sivan, presidente de Technion, y el profesor distinguido Mordechai (Moti) Segev, de las facultades de física e ingeniería eléctrica del Technion. el Instituto de Estado Sólido, y el Instituto de Nanotecnología Russell Berrie.

Cuando las olas viajan por paisajes que contienen perturbaciones, se dispersan naturalmente, a menudo en todas direcciones. La dispersión de la luz es un fenómeno natural, encontrado en muchos lugares de la naturaleza. Por ejemplo, la dispersión de la luz es la razón del color azul del cielo. Como resulta, cuando la longitud sobre la que varían las perturbaciones es mucho mayor que la longitud de onda, la onda se dispersa de una manera inusual:forma canales (ramas) de mayor intensidad que continúan dividiéndose, o ramificarse, a medida que la onda se propaga. Este fenómeno se conoce como flujo ramificado. Se observó por primera vez en 2001 con electrones, y se ha sugerido que es omnipresente y ocurre también para todas las ondas en la naturaleza, por ejemplo, ondas sonoras e incluso olas del mar. Ahora, Los investigadores del Technion están llevando el flujo ramificado al dominio de la luz:han realizado una observación experimental del flujo de luz ramificado.

"Siempre tuvimos la intención de encontrar algo nuevo, y estábamos ansiosos por encontrarlo. No era lo que empezamos a buscar pero seguimos buscando y encontramos algo mucho mejor, ", dijo el profesor asistente Miguel Bandres." Estamos familiarizados con el hecho de que las ondas se propagan cuando se propagan en un medio homogéneo. Pero para otros tipos de médiums, las ondas pueden comportarse de formas muy diferentes. Cuando tenemos un medio desordenado donde las variaciones son suaves, como un paisaje de montañas y valles, las olas se propagarán de una manera peculiar. Formarán canales que seguirán dividiéndose a medida que la onda se propague, formando un hermoso patrón que se asemeja a las ramas de un árbol ".

En su investigación, el equipo acopló un rayo láser a una membrana de jabón, que contiene variaciones aleatorias en el espesor de la membrana. Descubrieron que cuando la luz se propaga dentro de la película de jabón, en lugar de esparcirse, la luz forma ramas alargadas, creando el fenómeno de flujo ramificado para la luz.

"En óptica, por lo general, trabajamos duro para que la luz se mantenga enfocada y se propague como un haz colimado, pero aquí la sorpresa es que la estructura aleatoria de la película de jabón provocó que la luz permaneciera enfocada de forma natural. Es otra de las sorpresas de la naturaleza, "dijo Tolik Patsyk.

La capacidad de crear un flujo ramificado en el campo de la óptica ofrece oportunidades nuevas y emocionantes para investigar y comprender este fenómeno de ondas universal.

"No hay nada más emocionante que descubrir algo nuevo y esta es la primera demostración de este fenómeno con ondas de luz, "dijo el presidente del Technion, el profesor Uri Sivan, el Catedrático Bertoldo Badler Académico en la Facultad de Física. "Esto demuestra que los fenómenos intrigantes también se pueden observar en sistemas simples y uno solo tiene que ser lo suficientemente perceptivo para descubrirlos. Como tal, reunir y combinar los puntos de vista de investigadores de diferentes orígenes y disciplinas ha dado lugar a algunas ideas realmente interesantes ".

Él agregó, "El hecho de que lo observemos con ondas de luz abre nuevas y notables posibilidades para la investigación, comenzando por el hecho de que podemos caracterizar el medio en el que la luz se propaga con una precisión muy alta y el hecho de que también podemos seguir esas ramas con precisión y estudiar sus propiedades ".

Distinguido profesor Moti Segev, el Profesor Distinguido Robert J. Shillman de Física e Ingeniería Eléctrica, mira hacia el futuro. "Siempre educo a mi equipo para que piense más allá del horizonte, " él dijo, "pensar en algo nuevo, y al mismo tiempo, para ver los hechos experimentales tal como son, en lugar de intentar adaptar los experimentos para cumplir con algún comportamiento esperado. Aquí, Tolik estaba tratando de medir algo completamente diferente, y se sorprendió al ver estas ramas de luz que inicialmente no pudo explicar. Le pidió a Miguel que se uniera a los experimentos, y juntos mejoraron considerablemente los experimentos, hasta el nivel en que pudieron aislar la física involucrada. Fue entonces cuando comenzamos a comprender lo que vemos. Pasó más de un año hasta que comprendimos que lo que tenemos es el extraño fenómeno del "flujo ramificado, "que en ese momento nunca se consideró en el contexto de las ondas de luz. Ahora, con esta observación, podemos pensar en una plétora de nuevas ideas. Por ejemplo, utilizando estas ramas de luz para controlar el flujo fluídico en líquido, o combinar el jabón con material fluorescente y hacer que las ramas se conviertan en pequeños láseres. O utilizar las membranas de jabón como plataforma para explorar los fundamentos de las ondas, como las transiciones de la dispersión ordinaria que siempre es difusiva, al flujo ramificado, y posteriormente a la localización de Anderson. Hay muchas formas de continuar con este estudio pionero. Como hicimos muchas veces en el pasado, nos gustaría ir con valentía a donde nadie ha ido antes ".

El proyecto continúa ahora en los laboratorios de los Profs. Segev y Sivan en Technion, y en paralelo en el recién creado laboratorio del Prof. Miguel Bandres en UCF.