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Nov 16, 2023

Gli scienziati hanno piegato i dannati raggi laser per creare questa immagine dettagliata di un gatto

Jennifer Ouellette - Aug 15, 2022 8:41 pm UTC Every cat owner knows

Jennifer Ouellette - 15 agosto 2022 20:41 UTC

Ogni proprietario di gatti sa come i suoi compagni felini si divertono a inseguire un minuscolo puntino di luce da un semplice puntatore laser. Ora, i fisici brasiliani hanno scoperto come intrappolare e piegare la luce laser in forme complesse, producendo l’impressionante immagine fotorealistica di un gatto nella foto sopra. Tra le altre potenziali applicazioni, il loro metodo, descritto in un recente articolo pubblicato sul sito di fisica arXiv, potrebbe rivelarsi utile per costruire trappole ottiche migliori per creare nuvole di atomi ultrafreddi per una varietà di esperimenti quantistici.

Secondo i coautori Pedro Silva e Sergio Muniz dell'Università di San Paolo, la capacità di produrre e controllare con precisione la forma dei raggi laser con alta fedeltà è vitale per molti segmenti della ricerca e dell'industria. Raggruppano la maggior parte degli approcci ingegneristici del fronte d'onda in due categorie fondamentali.

Il primo include approcci come i microspecchi digitali (DMD) e i modulatori ottici acustici (AOM), che sono facili da implementare e vantano una risposta rapida per il controllo del feedback quasi in tempo reale. Ma hanno una capacità limitata di controllare la fase del campo luminoso e non possono creare certi tipi di luce strutturata. Sono inoltre soggetti a macchioline, diffrazione o altre distorsioni.

Il secondo gruppo comprende l'olografia e vari metodi a controllo di fase, che possono creare raggi di luce e vettoriali strutturati in fase. Il compromesso è una velocità di controllo più lenta e la mancanza di feedback in tempo reale. Silva e Muniz volevano elaborare un approccio a controllo di fase che implementasse alcune delle caratteristiche desiderabili di DMD e AOM, in particolare la mappatura pixel per pixel, la semplice codifica dei modelli di luce, un feedback più rapido e un controllo più preciso.

In sostanza, hanno migliorato un metodo precedente proposto nel 2007 per ottenere risultati più nitidi e fluidi. Hanno polarizzato un laser a diodi per adattarlo all'orientamento di un cristallo liquido che serve allo scopo di un modulatore di luce spaziale. Potrebbero organizzare i cristalli con campi elettromagnetici per creare una serie di prismi. La programmazione del modulatore ha consentito a Silva e Muniz di utilizzare questi prismi per creare diverse forme geometriche arbitrarie e l'immagine completamente dettagliata di un gatto.

"Mostriamo risultati sperimentali che dimostrano che utilizzando il metodo descritto è possibile creare non solo forme geometriche semplici e piatte, ma anche immagini complesse e ricche di funzionalità con distribuzioni di intensità dettagliate", hanno scritto gli autori. E il loro metodo potrebbe essere applicato per modellare i raggi provenienti da laser pulsati ad alta potenza o anche da laser ultraveloci.

Applicazioni utili includono la modellazione ottica e la litografia, nonché l'intrappolamento ottico di atomi ultra freddi per creare sistemi come i condensati di Bose-Einstein (BEC), ideali per simulare gli effetti quantistici. Ad esempio, un BEC può “amplificare” gli atomi nello stesso modo in cui i laser amplificano i fotoni, consentendo agli scienziati di studiare lo strano, piccolo mondo della fisica quantistica come se lo guardassero attraverso una lente d’ingrandimento. I fisici sono persino riusciti a legare i "nodi quantistici" nei BEC e a realizzare filmati su come i nodi decadono, o si "sciolgono", abbastanza presto dopo essersi formati prima di trasformarsi in un vortice.

Ma questi sono sistemi quantistici fragili e devono essere manipolati con cura. Una trappola ottica deve quindi essere molto fluida e precisa poiché qualsiasi imperfezione farebbe uscire gli atomi dal loro stato quantico.

"Onestamente, non ho nessuna buona idea di cose che potresti fare con atomi ultrafreddi o qualsiasi cosa utilizzando l'immagine di un gatto, ma è una sorta di proxy per dimostrare che puoi realizzare caratteristiche molto fini e precise," Muniz ha detto a New Scientist. "Possiamo realizzare queste belle immagini di gatti, ma possiamo anche usare questo sistema per fare simulazioni quantistiche di elettroni e superconduttività [usando atomi ultrafreddi intrappolati]."

DOI: arXiv, 2022. 10.48550/arXiv.2204.09724 (Informazioni sui DOI).

Immagine dell'inserzione di PF Silva e SR Muniz, 2022