El lado oscuro de la luz

El modelo de estructura de vórtice en motas láser. Las líneas de vórtice abiertas están en rojo, mientras que los bucles cerrados del vórtice están en blanco. Crédito: O’Holleran, et al.

La luz puede no parecer muy interesante en nuestras vidas cotidianas. Pero para los científicos, las propiedades de la luz son una fuente constante de intriga. La naturaleza de la luz como onda y partícula, la luz como límite universal de velocidad, y la forma en que la luz interactúa con los campos magnéticos de la atmósfera para formar auroras son sólo unos pocos ejemplos del fascinante comportamiento de la luz.

Recientemente, investigadores de la Universidad de Glasgow y de la Universidad de Bristol en el Reino Unido han descubierto otra inusual propiedad de la luz – o, más precisamente, la oscuridad en la luz. Tal y como explican los investigadores, los campos de luz naturales están surcados por líneas de oscuridad, la cual crea vórtices ópticos que aparecen como puntos negros dentro de la luz. El grupo ha modelado este fenómenos, y encontró que las líneas de oscuridad exhiben propiedades fractales con características Brownianas (aleatorias). Además, las características de estos vórtices ópticos sugieren propiedades universales, las cuales podrían ayudar a conectar distintas áreas de la física.

Mucha gente ha observado este fenómeno de motas láser, el cual tiene lugar cuando una luz láser coherente y monocromática rebota en una superficie desigual, dando a la superficie una apariencia moteada. Las motas negras son patrones de interferencia generados por la superposición de ondas de luz altamente coherentes reflejadas desde distintos puntos de la superficie. A veces los patrones moteados pueden incluso parecer que brillan cuando el observador se mueve en relación a la superficie.

En un ejemplar reciente de Physical Review Letters, los investigadores del Reino Unido describen cómo desarrollaron un modelo de superposiciones que crean los oscuros vórtices ópticos, usando simulaciones numéricas y experimentos. En sus experimentos, crearon una mota láser con un láser de neón helio de 10 mm de diámetro iluminándolo a través de una pantalla hecha de vidrio esmerilado.

Midiendo la superposición con un interferómetro, los científicos podían generar un mapa 3D de la estructura de los vórtices ópticos. Encontraron dos tipos de vórtices. Líneas de vórtices infinitos, que formaban el 73% de los vórtices oscuros, dispersos a lo largo de todo el rayo de luz. El restante 27% de los vórtices formaba bucles cerrados, lo cual ocurre cuando una línea del vórtice retorna a su punto de inicio en una pequeña área.

Cuando investigaron las líneas en mayor profundidad, los investigadores encontraron que exhibían la invarianza en escala. En otras palabras, los vórtices se veían iguales no importa lo mucho que los ampliaras – eran fractales. El autor principal Kevin O’Holleran de la Universidad de Glasgow dijo que, aunque él y sus colegas sospechaban que las líneas de vórtice exhibían propiedades fractales, quedaron bastante sorprendidos de encontrar que la fractalidad era de naturaleza Browniana.

“Descubrir que las líneas de vórtice en la luz tenían características Brownianas fue apasionante”, dijo O’Holleran a PhysOrg.com. “Las estructuras Brownianas son inherentemente aleatorias, por tanto la coherencia de nuestros modelos no limitaba de ninguna forma el comportamiento fractal de las líneas del vórtice. Esperamos explorar estas propiedades con mayor detalle. Más específicamente, esperamos investigar el lado topológico de los campos de luz aleatorios, tales como cuántas líneas de vórtice están anudadas o ligadas”.

De forma interesante, los investigadores apuntaron que estas propiedades de los vórtices ópticos (la razón de líneas de vórtices a bucles y su invarianza en escala) son muy similares a las propiedades de las cuerdas cósmicas, de acuerdo al modelo reticular de cuerdas cósmicas. El modelo describe la configuración de cuerdas cósmicas en los inicios del universo – los finísimos pero muy densos defectos unidimensionales en el espacio-tiempo que podrían ser responsables de la formación de las galaxias.

Los investigadores no creen que estas similitudes sean casualidades. Sugieren que estas propiedades podrían ser universales para todos los campos ópticos, y planean investigar posteriores analogías.

“El mayor significado de este estudio es la conexión con otros campos de la física”, dijo O’Holleran. “Las propiedades universales conectan campos de investigación a niveles más profundos que la formulación exacta de cada sistema. Compartir propiedades o restricciones fundamentales (al igual que las líneas pueden incrustarse en un espacio 3D) da como resultado uso exponentes universales que aparecen en variados y aparentemente desconectados campos de investigación. El hecho de que las líneas de vórtice exhiban leyes potentes sugiriendo propiedades universales significa que estas líneas están gobernadas por leyes más generales que las ecuaciones de ondas”.


Autor: Lisa Zyga
Fecha Original: 19 de febrero de 2008
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Comments (5)

  1. [...] líneas tienen una estructura fractal." Vía http://www.physorg.com/news122645030.html . (También en http://www.cienciakanija.com/2008/02/20/el-lado-oscuro-de-la-luz/ ) sin comentarios en: tecnología, ciencia karma: 15 etiquetas: lado oscuro, luz votos [...]

  2. [...] | Ciencia kanija Articulos RelacionadosLa NASA develó el misterio de una luna de SaturnoEl lado oscuro de [...]

  3. Manlio E. Wydler

    Lo más interesante del artículo, con referencia a un humilde experimento, muestra que las derivaciones del mismo pueden conjeturar leyes primordiales más allá de singularidades.Siento, percibo , que este camino es promisorio, más, se acerca mucho a mi Cosmogonía, que si cierra y es realmente original.

  4. ¿NO ESTARA EL PATRON BROWNIANO REPRODUCIENDO EL PATRON DEL CRISTAL ESMERILADO? ¿QUE PASARIA SI SE UTILIZARA UN PATRON DE LINEAS PARA DIFUNDIR?.

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