Uma equipe de pesquisadores do Technion-Israel Institute of Technology observou o fluxo de luz ramificado pela primeira vez. Os resultados são publicados em Natureza e são destaque na capa de 2 de julho, Edição de 2020.

O estudo foi realizado por Ph.D. estudante Anatoly (Tolik) Patsyk, em colaboração com Miguel A. Bandres, que era pós-doutorando no Technion quando o projeto começou e agora é professor assistente no CREOL, Faculdade de Óptica e Fotônica, University of Central Florida. A pesquisa foi liderada pelo Presidente do Technion, Professor Uri Sivan, e pelo Distinto Professor Mordechai (Moti) Segev das Faculdades de Física e Engenharia Elétrica do Technion, o Instituto do Estado Sólido, e o Russell Berrie Nanotechnology Institute.

Quando as ondas viajam por paisagens que contêm perturbações, eles se espalham naturalmente, frequentemente em todas as direções. A dispersão de luz é um fenômeno natural, encontrados em muitos lugares na natureza. Por exemplo, a dispersão da luz é a razão da cor azul do céu. Acontece que quando o comprimento ao longo do qual os distúrbios variam é muito maior do que o comprimento de onda, a onda se espalha de uma forma incomum:ela forma canais (ramificações) de intensidade aumentada que continuam a se dividir, ou ramificar, à medida que a onda se propaga. Este fenômeno é conhecido como fluxo ramificado. Foi observado pela primeira vez em 2001 com elétrons, e foi sugerido que é onipresente e ocorre também em todas as ondas da natureza, por exemplo, ondas sonoras e até ondas do mar. Agora, Os pesquisadores do Technion estão trazendo o fluxo ramificado para o domínio da luz:eles fizeram uma observação experimental do fluxo ramificado de luz.

“Sempre tivemos a intenção de encontrar algo novo, e estávamos ansiosos para encontrá-lo. Não era o que começamos a procurar, mas continuamos procurando e encontramos algo muito melhor, "disse o Asst. Prof. Miguel Bandres." Estamos familiarizados com o facto de as ondas se propagarem quando se propagam num meio homogéneo. Mas para outros tipos de meios, as ondas podem se comportar de maneiras muito diferentes. Quando temos um meio desordenado onde as variações são suaves, como uma paisagem de montanhas e vales, as ondas se propagam de uma maneira peculiar. Eles formarão canais que continuam se dividindo conforme a onda se propaga, formando um belo padrão semelhante aos galhos de uma árvore. "

Em sua pesquisa, a equipe acoplou um feixe de laser a uma membrana de sabão, que contém variações aleatórias na espessura da membrana. Eles descobriram que quando a luz se propaga dentro da película de sabão, ao invés de ser espalhado, a luz forma ramos alongados, criando o fenômeno do fluxo ramificado para a luz.

"Em óptica, geralmente trabalhamos duro para fazer a luz permanecer focada e se propagar como um feixe colimado, mas aqui a surpresa é que a estrutura aleatória do filme de sabão fazia com que a luz permanecesse focada naturalmente. É mais uma das surpresas da natureza, "disse Tolik Patsyk.

A capacidade de criar fluxo ramificado no campo da óptica oferece novas e interessantes oportunidades para investigar e compreender esse fenômeno de onda universal.

“Não há nada mais emocionante do que descobrir algo novo e esta é a primeira demonstração desse fenômeno com ondas de luz, "disse o presidente do Technion, Prof. Uri Sivan, o Presidente Acadêmico Bertoldo Badler na Faculdade de Física. "Isso mostra que fenômenos intrigantes também podem ser observados em sistemas simples e que basta ser perspicaz o suficiente para descobri-los. reunir e combinar os pontos de vista de pesquisadores de diferentes origens e disciplinas levou a alguns insights verdadeiramente interessantes. "

Ele adicionou, "O fato de observá-lo com ondas de luz abre novas possibilidades de pesquisa notáveis, começando com o fato de que podemos caracterizar o meio em que a luz se propaga com uma precisão muito alta e o fato de que também podemos seguir esses ramos com precisão e estudar suas propriedades. "

Distinto Prof. Moti Segev, o ilustre professor de física e engenharia elétrica Robert J. Shillman, olha para o futuro. "Eu sempre ensino minha equipe a pensar além do horizonte, " ele disse, "pensar em algo novo, e, ao mesmo tempo, olhar para os fatos experimentais como eles são, em vez de tentar adaptar os experimentos para atender a algum comportamento esperado. Aqui, Tolik estava tentando medir algo completamente diferente, e ficou surpreso ao ver esses ramos leves que ele inicialmente não conseguia explicar. Ele pediu a Miguel para participar dos experimentos, e juntos eles atualizaram os experimentos consideravelmente - até o nível em que pudessem isolar a física envolvida. Foi quando começamos a entender o que vemos. Demorou mais de um ano até que entendêssemos que o que temos é o estranho fenômeno do "fluxo ramificado, "que na época nunca foi considerado no contexto das ondas de luz. Agora, com esta observação, podemos pensar em uma infinidade de novas ideias. Por exemplo, usando esses ramos de luz para controlar o fluxo de fluido no líquido, ou combinar o sabão com material fluorescente e fazer com que os galhos se tornem pequenos lasers. Ou usar as membranas de sabão como uma plataforma para explorar os fundamentos das ondas, como as transições do espalhamento comum, que é sempre difusivo, ao fluxo ramificado, e posteriormente à localização do Anderson. Existem muitas maneiras de continuar este estudo pioneiro. Como fizemos muitas vezes no passado, gostaríamos de ir com ousadia aonde ninguém esteve antes. "

O projeto segue agora nos laboratórios dos Profs. Segev e Sivan na Technion, e em paralelo no recém-criado laboratório do Prof. Miguel Bandres na UCF.