Osservati flussi ramificati di luce

Un gruppo di fisici del Technion-Israel Institute of Technology e della University of Central Florida ha rilevato un flusso ramificato luminoso su membrane di sapone

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Le onde che si propagano attraverso un potenziale debole disordinato, con una lunghezza di correlazione più ampia della lunghezza d’onda, producono dei filamenti , o rami, stretti e sorprendentemente lunghi. Invece di produrre degli schemi a macchie, il potenziale disordinato, lentamente variabile, dà origine a filamenti focalizzati che si dividono per formare uno schema simile ai rami di un albero.

Questo fenomeno è chiamato flusso ramificato (branched flow). È stato osservato dapprima per gli elettroni e per le cavità a microonde e si pensa possa essere osservato per onde con un’ampia gamma di lunghezze d’onda. In un recente numero della rivista Nature, è stato pubblicato un lavoro, condotto da un gruppo di fisici del Technion-Israel Institute of Technology e della University of Central Florida, che riporta l’osservazione sperimentale di un flusso ramificato in membrane di sapone liquido.

Uno degli autori della ricerca, il Professor Miguel Bandres, del College of Optics and Photonics della University of Central Florida, dice che, quando le onde si propagano in un mezzo omogeneo, esse normalmente si diffondono. Ma quando esse si propagano in altri tipi di mezzi, possono comportarsi molto diversamente. Ed è quello che succede quando ci si trova di fronte a un mezzo disordinato, dove le variazioni sono molto smussate. Le onde formano dei canali che si mantengono separati al propagarsi delle onde e generano delle forme molto simili ai rami di un albero.

Nello sviluppo dello studio, il Professor Bandres ha accoppiato un fascio laser a una bolla di sapone, la cui membrana contiene, nel suo spessore, variazioni casuali.

I ricercatori hanno scoperto che quando la luce si propaga all’interno dello strato di sapone, essa non viene sparpagliata, ma forma dei rami allungati, creando appunto il fenomeno del flusso ramificato.



Nel campo dell’ottica, è sempre molto difficile far sì che la luce si mantenga focalizzata e si propaghi come un fascio collimato; in questo esperimento è stato sorprendente scoprire che la struttura casuale dello strato di sapone ha permesso alla luce, in maniera naturale, di mantenersi focalizzata.

Per i componenti del gruppo di ricerca, il risultato ottenuto è stato una vera sorpresa, dimostrando che anche i fenomeni più intriganti possono essere osservati con sistemi semplici e per scoprirli bisogna solo essere sufficientemente sensibili. Per tale motivo, aver messo insieme ricercatori con differenti esperienze e provenienti da settori diversi ha portato a delle intuizioni veramente interessanti.

L’aver osservato questo fenomeno con onde luminose apre nuove possibilità per la ricerca, partendo dal fatto che è possibile caratterizzare con elevata precisione il mezzo all’interno del quale si propaga la luce e che è possibile seguire con elevata accuratezza quei rami di luce, oltre che studiarne le proprietà.

Questi filamenti di luce potrebbero essere utilizzati, per esempio, per controllare la fluidità di un liquido, oppure accoppiare il sapone con un materiale fluorescente per trasformare i filamenti in piccoli laser. Oppure, si potrebbero utilizzare le membrane della sostanza saponosa per studiare le caratteristiche fondamentali delle onde, come per esempio le transizioni dallo stato ordinario di diffusione, al flusso ramificato, e arrivare conseguentemente alla localizzazione di Anderson.

Questo studio potrebbe essere portato avanti in tanti modi e condurre là dove ancora finora nessuno scienziato è arrivato.

Fonte: Nature

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