Il laser è la fonte di luce perfetta, purché sia ​​fornita di energia, genera luce di uno specifico, colore ben definito. Però, è anche possibile creare il suo opposto, un oggetto che assorbe perfettamente la luce di un particolare colore e ne dissipa quasi completamente l'energia.

I ricercatori della TU Wien (Vienna) hanno sviluppato un metodo per sfruttare questo effetto, anche in sistemi molto complicati in cui le onde luminose sono disperse casualmente in tutte le direzioni. Il metodo è stato sviluppato a Vienna con l'ausilio di simulazioni al computer, e confermato da esperimenti in collaborazione con l'Università di Nizza. Questo apre nuove possibilità per tutte le discipline tecniche che hanno a che fare con i fenomeni ondosi. Il nuovo metodo è stato ora pubblicato sulla rivista Natura .

Strutture casuali che assorbono le onde

"Ogni giorno abbiamo a che fare con onde che vengono disperse in modo complicato:pensa a un segnale di un telefono cellulare che viene riflesso più volte prima di raggiungere il tuo cellulare, " afferma il Prof. Stefan Rotter dell'Istituto di Fisica Teorica della TU Vienna. "I cosiddetti laser casuali utilizzano questa diffusione multipla. Tali laser esotici hanno un complicato, struttura interna casuale e irradiano una struttura molto specifica, schema luminoso individuale quando viene fornito di energia."

Con calcoli matematici e simulazioni al computer, Il team di Rotter potrebbe dimostrare che questo processo può anche essere invertito nel tempo. Invece di una sorgente luminosa che emette un'onda specifica a seconda della sua struttura interna casuale, è anche possibile costruire l'assorbitore perfetto, che dissipa completamente un tipo specifico di onda, a seconda della sua caratteristica struttura interna, senza lasciarne sfuggire alcuna parte. Questo può essere immaginato come fare un film di un normale laser che emette luce laser, e suonandolo al contrario.

"A causa di questa analogia dell'inversione temporale con un laser, questo tipo di assorbitore è chiamato anti-laser, " dice Stefan Rotter. "Finora, tali anti-laser sono stati realizzati solo in strutture unidimensionali, che vengono colpiti da luce laser da lati opposti. Il nostro approccio è molto più generale. Siamo stati in grado di dimostrare che anche strutture arbitrariamente complicate in due o tre dimensioni possono assorbire perfettamente un'onda su misura. Quel modo, il concetto può essere utilizzato per un'ampia gamma di applicazioni."

L'assorbitore d'onde perfetto

Il risultato principale del progetto di ricerca:per ogni oggetto che assorbe le onde in modo sufficientemente forte, si può trovare una certa forma d'onda, che è perfettamente assorbito da questo oggetto. "Però, sarebbe sbagliato immaginare che l'assorbitore debba essere reso abbastanza forte da inghiottire semplicemente ogni onda in arrivo, "dice Stefan Rotter. "Invece, esiste un complesso processo di scattering in cui l'onda incidente si divide in molte onde parziali, che poi si sovrappongono e interferiscono tra loro in modo tale che nessuna delle onde parziali possa uscire alla fine." È sufficiente un debole assorbitore nell'anti-laser, ad esempio una semplice antenna che assorbe l'energia delle onde elettromagnetiche.

Per testare i loro calcoli, il team ha lavorato insieme all'Università di Nizza. Kevin Pichler, il primo autore di Natura pubblicazione, che sta attualmente lavorando alla sua tesi nel team di Stefan Rotter, ha trascorso diverse settimane con il Prof. Ulrich Kuhl all'Università di Nizza per mettere in pratica la teoria usando l'esperimento a microonde. "In realtà, è un po' insolito per un teorico eseguire l'esperimento, " dice Kevin Pichler. "Per me, però, è stato particolarmente entusiasmante poter lavorare su tutti gli aspetti di questo progetto, dal concetto teorico alla sua implementazione in laboratorio."

Il "Random Anti-Laser" costruito in laboratorio è costituito da una camera a microonde con un'antenna assorbente centrale, circondato da cilindri di teflon disposti casualmente. Simili a pietre in una pozza d'acqua, in cui le onde d'acqua vengono deviate e riflesse, questi cilindri possono disperdere le microonde e creare uno schema d'onda complicato. "Prima inviamo le microonde dall'esterno attraverso il sistema e misuriamo esattamente come ritornano, " spiega Kevin Pichler. "Sapendo questo, la struttura interna del dispositivo casuale può essere completamente caratterizzata. Quindi è possibile calcolare l'onda che viene completamente inghiottita dall'antenna centrale alla giusta forza di assorbimento. Infatti, quando si implementa questo protocollo nell'esperimento, troviamo un assorbimento di circa il 99,8% del segnale incidente."

La tecnologia anti-laser è ancora nella sua fase iniziale, ma è facile pensare a potenziali applicazioni. "Immaginare, Per esempio, che potresti regolare il segnale di un telefono cellulare esattamente nel modo giusto, in modo che sia perfettamente assorbito dall'antenna del tuo cellulare, " dice Stefan Rotter. "Anche in medicina, spesso ci occupiamo del compito di trasportare l'energia delle onde in un punto molto specifico, come le onde d'urto che frantumano un calcolo renale".