Os padrões fractais são comuns na natureza, inclusive nos padrões geométricos de uma carapaça de tartaruga, a estrutura de uma concha de caracol, as folhas de uma planta suculenta que se repetem para criar um padrão intrincado, e o padrão de gelo no para-brisa de um carro no inverno.

Fractais têm a característica distintiva de uma geometria repetida com estrutura em múltiplas escalas, e são encontrados em todos os lugares, de brócolis Romanesco a samambaias, e mesmo em escalas maiores, como salinas, montanhas, litorais e nuvens. As formas das árvores e montanhas também são semelhantes, de forma que um galho se pareça com uma pequena árvore e um afloramento rochoso com uma pequena montanha.

Nas últimas duas décadas, os cientistas previram que a luz fractal poderia ser criada com um laser. Com seus espelhos esféricos altamente polidos, um laser é quase o oposto exato da natureza, e então foi uma surpresa quando, em 1998, pesquisadores previram feixes de luz fractal emitidos por uma classe de lasers. Agora, uma equipe da África do Sul e da Escócia demonstrou que a luz fractal pode ser criada a partir de um laser, verificar a previsão de duas décadas.

Reportando este mês em Revisão Física A , a equipe fornece a primeira evidência experimental de luz fractal de lasers simples e adiciona uma nova previsão:que o padrão fractal deve existir em 3-D e não apenas em 2-D, como se pensava anteriormente.

A natureza cria esses "padrões dentro de padrões" por meio de muitas recursões de uma regra simples, por exemplo, para produzir um floco de neve. Os programas de computador também fazem fractais ao repetir a regra repetidamente, a famosa produção do conjunto abstrato de Mandelbrot.

A luz dentro dos lasers também circula para frente e para trás, saltando entre os espelhos em cada passagem, que pode ser configurado para gerar a imagem da luz em si mesma em cada viagem de ida e volta. Isso se parece com um loop recursivo, repetir uma regra simples indefinidamente. A imagem significa que cada vez que a luz retorna ao plano da imagem, é uma versão menor (ou maior) do que era:um padrão dentro de um padrão dentro de um padrão.

Fractais têm aplicações em imagens, redes, antenas e até remédios. A equipe espera que a descoberta de formas fractais de luz que podem ser projetadas diretamente de um laser abra novas aplicações e tecnologias baseadas nesses estados exóticos de luz estruturada.

"Fractais são um fenômeno verdadeiramente fascinante ligado ao que é conhecido como caos, "diz o professor Andrew Forbes, da University of the Witwatersrand, que liderou o projeto junto com o professor Johannes Courtial da Universidade de Glasgow. "No mundo da ciência popular, o caos é conhecido como o 'Efeito Borboleta, 'onde uma pequena mudança em um lugar faz uma grande mudança em outro lugar - por exemplo, uma borboleta batendo suas asas na Ásia causa um furacão nos EUA. Está provado que isso é verdade. "

Ao explicar a descoberta da luz fractal, Forbes explica que sua equipe percebeu a importância de onde procurar fractais em um laser. "Olhe para o lugar errado dentro do laser e você verá apenas uma mancha de luz borrada. Olhe no lugar certo, onde a imagem acontece, e você vê fractais. "

O projeto combinou conhecimentos teóricos da equipe de Glasgow com validação experimental na África do Sul por pesquisadores do Wits e do CSIR (Council for Scientific and Insdustrial Research). A versão inicial do experimento foi construída pelo Dr. Darryl Naidoo (do CSIR e Wits) e concluída por Hend Sroor (Wits) como parte de seu doutorado.

"O que é incrível é que, como previsto, o único requisito para demonstrar o efeito é um laser simples com dois espelhos esféricos polidos. Estava lá o tempo todo, apenas difícil de ver se você não estava olhando para o lugar certo, "diz Courtial.