I modelli frattali sono comuni in natura, compreso nei motivi geometrici di un guscio di tartaruga, la struttura di un guscio di lumaca, le foglie di una pianta succulenta che si ripetono per creare un motivo intricato, e il motivo del gelo sul parabrezza di un'auto in inverno.

I frattali hanno la caratteristica distintiva di una geometria ripetitiva con struttura a più scale, e si trovano ovunque, dal broccolo romanesco alle felci, e anche su scale più grandi come le saline, montagne, coste e nuvole. Anche le forme degli alberi e delle montagne sono auto-similari, tale che un ramo sembra un piccolo albero e uno sperone roccioso come una piccola montagna.

Negli ultimi due decenni, gli scienziati hanno previsto che la luce frattale potrebbe essere creata con un laser. Con i suoi specchi sferici lucidati a specchio, un laser è quasi l'esatto opposto della natura, e così è stata una sorpresa quando, nel 1998, i ricercatori hanno previsto fasci di luce frattale emessi da una classe di laser. Ora, un team del Sud Africa e della Scozia ha dimostrato che la luce frattale può essere creata da un laser, verificando la previsione di due decenni.

Segnalazione di questo mese in Revisione fisica A , il team fornisce la prima prova sperimentale per la luce frattale da semplici laser e aggiunge una nuova previsione:che il modello frattale dovrebbe esistere in 3-D e non solo in 2-D, come si pensava in precedenza.

La natura crea tali "schemi all'interno di schemi" mediante molte ricorsioni di una semplice regola, Per esempio, per produrre un fiocco di neve. I programmi per computer creano anche frattali eseguendo ripetutamente la regola, notoriamente producendo l'insieme astratto di Mandelbrot.

Anche la luce all'interno dei laser scorre avanti e indietro, rimbalzando tra gli specchi ad ogni passaggio, che può essere impostato per visualizzare la luce in se stessa ad ogni viaggio di andata e ritorno. Sembra proprio un ciclo ricorsivo, ripetere una semplice regola più e più volte. L'imaging significa che ogni volta che la luce ritorna sul piano dell'immagine, è una versione più piccola (o più grande) di ciò che era:un modello all'interno di un modello all'interno di un modello.

I frattali hanno applicazioni nell'imaging, reti, antenne e persino medicine. Il team si aspetta che la scoperta di forme frattali di luce che possono essere ingegnerizzate direttamente da un laser dovrebbe aprire nuove applicazioni e tecnologie basate su questi stati esotici di luce strutturata.

"I frattali sono un fenomeno davvero affascinante legato a quello che è noto come caos, " dice il professor Andrew Forbes dell'Università del Witwatersrand, che ha guidato il progetto insieme al professor Johannes Courtial dell'Università di Glasgow. "Nel mondo della scienza popolare, il caos è noto come "Effetto Farfalla, ' dove un piccolo cambiamento in un posto fa un grande cambiamento in un altro, per esempio, una farfalla che batte le ali in Asia provoca un uragano negli USA. Questo si è dimostrato vero".

Nello spiegare la scoperta della luce frattale, Forbes spiega che il suo team ha capito l'importanza di dove cercare i frattali in un laser. "Guarda nel punto sbagliato all'interno del laser e vedrai solo una macchia di luce sparsa. Guarda nel posto giusto, dove avviene l'imaging, e vedi i frattali."

Il progetto ha combinato le competenze teoriche del team di Glasgow con la convalida sperimentale in Sudafrica da parte dei ricercatori Wits e CSIR (Council for Scientific and Insdustrial Research). La versione iniziale dell'esperimento è stata costruita dal Dr. Darryl Naidoo (del CSIR e Wits) e completata da Hend Sroor (Wits) come parte del suo dottorato di ricerca.

"Ciò che è sorprendente è che, come previsto, l'unico requisito per dimostrare l'effetto è un semplice laser con due specchi sferici lucidati. Era lì tutto il tempo, solo difficile vedere se non stavi guardando nel posto giusto, "dice Courtial.