Science

La luce si ramifica come un fiume, ecco le immagini

Servendosi di un raggio laser e di una bolla di sapone, un team di fisici è riuscito a osservare per la prima volta un fenomeno, chiamato flusso ramificato, sulle onde luminose

Proprio come un fiume che sfocia in un lago, dividendosi in piccoli ruscelli e canali, in una tipica foce a delta. È così che si muovono le onde della luce visibile. A dimostrarlo sono stati i fisici della Technion-Israel Institute of Technology, a Israele, e della University of Central Florida, che sono riusciti per la prima volta a osservare, servendosi solamente di un raggio laser e di una bolla di sapone, come si muove la luce visibile. Il risultato? Una serie di immagini davvero uniche, appena pubblicate sulla rivista Nature.

Nel mondo della fisica questo fenomeno, chiamato branched flow (letteralmente flusso ramificato), è ben conosciuto e già stato osservato, ad esempio, per la corrente elettrica (flusso di elettroni), per le onde sonore e per onde di un fluido, come quelle marine. A seconda della struttura del mezzo in cui si propagano, spiegano i fisici, possono accadere cose diverse: le onde possono attenuarsi, disperdersi, oppure continuare a fluire. Affinché si verifichi un flusso ramificato, tuttavia, sono necessarie alcune circostanze: che lo spessore del mezzo deve avere variazioni casuali, e che queste variazioni nella struttura devono essere maggiori della lunghezza d’onda del flusso. Se queste condizioni vengono soddisfatte, allora l’onda si disperde in modo insolito, formando canali e ramificazioni di maggiore intensità che continuano a dividersi mentre l’onda si propaga.

Sebbene questo fenomeno si verifichi in tutte le tipologie di onde, finora osservarlo nella luce è risultato davvero complicato. Ma ora i ricercatori sono finalmente riusciti nell’impresa, servendosi di un mezzo apparentemente molto banale: una bolla di sapone. Questa, spiegano gli autori, è una membrana composta da un film molto sottile di liquido posizionato tra due strati di molecole di tensioattivo, che può variare da circa cinque nanometri a pochi micrometri di spessore. Queste variazioni, responsabili dei colori che osserviamo nelle bolle di sapone, sono anche le alterazioni e i disturbi che deviano il flusso della luce, causandone la ramificazione.

Per osservare il fenomeno, i ricercatori hanno puntato un raggio laser in una bolla di sapone, riuscendo così a vedere il modo in cui il raggio si divide sulla sua superficie. Successivamente, quando hanno illuminato la bolla di sapone con una debole luce bianca, sono riusciti a osservare anche le variazioni di spessore (visibili come variazioni di colore) che ramificano il flusso del raggio laser. Solitamente, aggiungono i fisici, l’aria attorno a una bolla di sapone ne provoca lo spostamento, ma se questa può essere isolata dal flusso d’aria, il modello di variazioni può rimanere stabile anche per diversi minuti. “Non c’è niente di più eccitante della scoperta di qualcosa di nuovo e questa è la prima dimostrazione di questo fenomeno con le onde luminose”, spiega il presidente della Technion, Uri Sivan. “Questo dimostra che fenomeni misteriosi possono essere osservati anche in sistemi semplici e bisogna solo essere abbastanza percettivi da scoprirli”.

Ma a cosa serviranno questi risultati? Oltre ad avere implicazioni per la scienza dell’ottica e dell’optofluidica, che studia le interazioni della luce con i liquidi, i nuovi dati potrebbero essere utili anche per esplorare altri fenomeni fisici, inclusi alcuni aspetti della relatività generale. “I sottili film di sapone potrebbero essere modellati in una varietà di superfici curve per studiare la ramificazione della curvatura dello spaziotempo”, hanno concluso i ricercatori. “Esperimenti che sono strettamente correlati alla relatività generale”.

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