p Às vezes, em águas rasas, pode-se formar um tipo de onda muito mais estável do que ondas comuns. Solitons chamados, esses fenômenos surgem como ondas solitárias e podem viajar longas distâncias, mantendo sua forma e velocidade, mesmo depois de colidir com outras ondas. p Contudo, em certos casos, as colisões de solitons podem gerar padrões de onda complicados, às vezes chamados de "ondas do alfabeto", pois se assemelham às letras X, Y, e H, bem como combinações dessas formas. As ondas de Soliton e seus padrões de colisão fascinaram os cientistas desde que foram descobertos em 19 ^º século.

p Agora em um novo estudo, pesquisadores descobriram que esses mesmos padrões em ondas de água também surgem em colisões de solitons ópticos (ondas de luz com as mesmas propriedades estáveis). Os pesquisadores mostram que a mesma equação, chamada de equação de Kadomtsev-Petviashvili II (KPII), que é usado para modelar interações de solitons de água também pode ser usado para modelar interações de solitons ópticos, revelando uma estreita ligação entre a dinâmica das ondas da água e da luz.

p Theodoros P. Horikis, no Departamento de Matemática, Universidade de Ioannina, e Dimitrios J. Frantzeskakis, no Departamento de Física, Universidade de Atenas, publicaram um artigo sobre os padrões em solitons ópticos em uma edição recente da Anais da Royal Society A .

p "Todos nós já estivemos em uma praia e percebemos os padrões intrincados que as ondas se formam na parte rasa, perto da costa:lindo X-, Y-, e até mesmo formas de onda em forma de H frequentemente emergem da interação de ondas retas, "Horikis disse Phys.org . "Notavelmente, esses fenômenos são totalmente compreendidos e podem ser descritos matematicamente em detalhes usando modelos matemáticos apropriados. Tensão superficial, que é o fenômeno que faz com que os fluidos minimizem a área que ocupam, desempenha um papel importante na formação de X-, Y-, e ondas em forma de H. Na água, a tensão superficial é pequena, enquanto em mercúrio, por exemplo, a tensão superficial é grande.

p "Mostramos que a propagação de solitons ópticos em meios não locais - que incluem plasmas, cristais líquidos nemáticos e soluções líquidas com não linearidades térmicas - é regido pelo mesmo modelo que é usado para descrever águas rasas, com a não localidade desempenhando o papel de tensão superficial. Assim, na verdade, 'luz encontra água, 'como prevemos que X-, Y-, Em forma de H, e estruturas de ondas ainda mais complicadas que observamos em praias planas também podem ser observadas na óptica, como feixes ópticos que se propagam em meios não lineares não locais. "

p Como os pesquisadores explicaram, um meio óptico é não local quando sua resposta à luz depende não apenas da posição onde o campo óptico externo é aplicado (como em um meio local), mas também na superfície total e no volume do meio. Na mídia não local, a luz que atinge em um determinado ponto é levada para a região circundante, de modo que um feixe óptico estreito localizado pode induzir uma resposta espacialmente ampla do meio. A analogia entre a tensão superficial fraca da água e a não localidade forte em certos meios ópticos é o que permite a descrição dos solitons ópticos em termos da equação KPII.

p “O que é importante em nosso artigo é que esses dois fenômenos, não localidade em óptica e tensão superficial na água, parecem ter uma correspondência um a um, por assim dizer, "Horikis disse." Mais importante, solitons ópticos que seriam instáveis ​​em meios com não localidade fraca, ou em fluidos com forte tensão superficial (como mercúrio), pode se tornar estável em mídia ótica fortemente não local. Devido a este importante efeito de estabilização induzido pela forte não localidade, o meio óptico hospedeiro pode suportar solitons muito parecido com a superfície da água, cujo contato com o ar atua como uma fina folha elástica na qual essas 'ondas do alfabeto' podem se formar! "

p Com base neste resultado, os pesquisadores usaram simulações numéricas para modelar colisões de dois ou três solitons ópticos. Semelhante ao caso do soliton de água, eles descobriram que X-, Y-, e ondas em forma de H surgiram, e também que o ângulo de solitons interagindo leva a padrões diferentes.

p Os pesquisadores esperam que seja possível observar experimentalmente esses padrões de solitons ópticos usando a tecnologia recentemente usada para observar solitons individuais. Isso exigiria a combinação de dois solitons dentro de um meio não local - por exemplo, um cristal líquido nemático - enquanto usa espelhos para controlar o ângulo entre os dois feixes de luz usados ​​para gerar os solitons.

p Suas descobertas sugerem que no futuro também pode ser possível encontrar padrões ainda mais intrincados, como estruturas de ondas semelhantes a teias, em colisões de solitons ópticos. Eles também planejam investigar se outros sistemas altamente não locais, como condensados ​​de Bose-Einstein (sistemas quânticos macroscópicos compostos por átomos ultracold) e coloides (misturas contendo partículas suspensas em solução), também pode fornecer os ingredientes necessários para apoiar o surgimento desses padrões. p © 2019 Science X Network