Existen patrones en todo el mundo, creando diseños inolvidables exhibidos por organismos y actos de la naturaleza. Algunos de estos diseños incluso comparten conexiones sorprendentes, como una forma espiral vista tanto en los moluscos marinos como en una estructura de luz recién descubierta que se mueve como un vórtice. Un estudio reciente encontró que el movimiento de este vórtice de luz, llamado rotatum óptico, ocurre de una manera muy similar a la secuencia de Fibonacci, el concepto matemático detrás de muchos de los diseños más emblemáticos de la naturaleza.
El estudiarpublicado en Avances científicosmuestra una perspectiva sin precedentes sobre cómo la luz demuestra paralelos con la naturaleza. Con sus movimientos poco ortodoxos, el rotatum óptico podría abrir nuevas posibilidades para la manipulación de la materia.
Nuevo comportamiento de la luz
La forma de un vórtice emerge en fenómenos familiares como tornados y remolinos, e incluso es responsable de la formación de galaxias. Se pueden torcer vigas de luz para formar vórtices ópticos que toman una forma similar; Los vórtices ópticos a menudo se usan para la transmisión inalámbrica de datos, la creación de hologramas y muchas otras aplicaciones.
El nuevo estudio describe el rotatum óptico como un tipo distinto de haz de vórtice óptico que no solo se tuerce a medida que se mueve, sino que también expresa la forma espiral única que se ve tan a menudo en la naturaleza. La parte rotatum de su nombre explica el cambio gradual del par de la luz; Del mismo modo, en la física newtoniana, el término se refiere al cambio de torque en un objeto con el tiempo.
“Este es un nuevo comportamiento de la luz que consiste en un vórtice óptico que se propaga a través del espacio y los cambios de maneras inusuales”, dijo Federico Capasso, un físico de Harvard cuyo laboratorio hizo el descubrimiento, en un declaración. “Es potencialmente útil para manipular la materia pequeña”.
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Creciendo con la relación dorada
Los investigadores involucrados con el estudio se sorprendieron al descubrir que el rotatum óptico creció en un patrón cercano al Secuencia de fibonacciuna serie de números donde cada número es la suma de los dos números anteriores (comienza como 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21). La secuencia está estrechamente asociada con el proporción doradauna relación matemática que está estrechamente vinculada con las composiciones entre la naturaleza y el arte.
El rotatum óptico crece en forma de espiral que también está presente en la cubierta de un nautilus (un tipo de molusco), semillas de girasol y ramas de árboles.
“Ese fue uno de los aspectos más destacados de esta investigación”, dijo el primer autor Ahmed Dorrah, físico de la Universidad Tecnológica de Eindhoven que anteriormente fue asociada de investigación en el Laboratorio de Capasso. “Esperemos que podamos inspirar a otros que son especialistas en matemáticas aplicadas para estudiar más a fondo estos patrones de luz y obtener información única sobre su firma universal”.
Antes de este descubrimiento, el equipo de investigación se había centrado en trabajar con una metasuperficie (una hoja artificial que tiene nanoestructuras de flexión de luz) para crear vigas de luz que podrían convertirse en otras estructuras que cambian a medida que se mueven.
Una forma más fácil de controlar la luz
El rotato óptico extiende la utilidad de la luz al proporcionar otra opción para manipular la materia. Por ejemplo, la luz podría dar a los investigadores acceso a una pinza óptica precisa que podría manejar partículas muy pequeñas.
Los investigadores también señalan el método particular utilizado para crear el rotatum óptico, a través de una sola pantalla de cristal líquido y un haz de luz de baja intensidad. A diferencia de otras manifestaciones que involucran láseres de alta intensidad y configuraciones más voluminales, este método más simple podría ser beneficioso para futuras investigaciones sobre el cambio del par de la luz.
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Jack Knudson es editor asistente de Discover con un gran interés en la ciencia e historia del medio ambiente. Antes de unirse a Discover en 2023, estudió periodismo en el Scripps College of Communication en la Universidad de Ohio y anteriormente internó en la revista Recycling Today.