Los investigadores crean ondas de luz que pueden penetrar materiales opacos.

¿Por qué el azúcar es opaco? Porque la luz que pasa a través de un trozo de azúcar se dispersa, cambia y desvía de una manera muy compleja. Sin embargo, un equipo de investigación de la Universidad de Viena en Viena y la Universidad de Utrecht en los Países Bajos ha podido demostrar que este método no funciona para un tipo muy específico de ondas de luz: para cualquier medio desordenado específico, como el que usted Simplemente coloque su terrón de azúcar en el café, puede construir un rayo personalizado que en realidad no se ve alterado por este medio, solo se atenúa. A medida que el haz atraviesa el medio, el patrón de luz llega al otro lado. Su forma es como si el medio no existiera en absoluto.

El concepto de "patrones invariantes de dispersión de la luz" también se puede utilizar para examinar el interior de los objetos. Los resultados de la investigación se han publicado en la revista Nature Photonics.

Innumerables formas de onda posibles

Las olas en aguas turbulentas pueden adoptar innumerables formas diferentes; de manera similar, las ondas de luz se pueden producir en innumerables formas diferentes. "Cuando se hacen pasar ondas de luz a través de un medio desordenado, el patrón de cada onda de luz cambia y se desvía de una manera muy específica", explica el profesor Stefan Rotter del Instituto Tuvien de Física Teórica Stefan Rotter y su equipo. El equipo está desarrollando métodos matemáticos para describir este efecto de dispersión de la luz. El equipo del profesor Allard Mosk de la Universidad de Utrecht aportó su experiencia en la fabricación y caracterización de campos luminosos tan complejos. "Como medio de dispersión de la luz utilizamos una capa de óxido de zinc, un polvo blanco opaco formado por nanopartículas dispuestas de forma completamente aleatoria", explica Allard Moske, líder del equipo de investigación experimental.

En primer lugar, debes describir esta capa con precisión. Se proyecta una señal luminosa muy específica sobre el polvo de óxido de zinc y luego se mide cómo llega al detector situado detrás. A partir de esto, se puede calcular cómo este medio modifica cualquier otra onda; en particular, se puede calcular qué patrón de onda es modificado por la capa de óxido de zinc, como si no hubiera ninguna dispersión de ondas en esta capa.

"Podemos demostrar que existe un modo de luz rasante muy especial, llamado invariante de dispersión, que produce exactamente el mismo detector de ondas, ya sea que la onda de luz se envíe simplemente a través del aire o tenga que atravesar el complejo zinc. capas de óxido”, dijo Stephen Rogge. "En los experimentos, vimos que el óxido de zinc en realidad no cambiaba en absoluto la forma de estas ondas de luz, sino que las debilitaba un poco en general", explica Arad Mosk.

Comparar: haz sin dispersión. Fuente: Allard Mosk/Matthias kuh Mayer

Constelaciones en fotodetectores

Si bien estos patrones de luz con dispersión constante pueden ser especiales y raros, el número de ondas de luz teóricamente posibles es infinito, se pueden Todavía encuentro muchos patrones de luz de este tipo. Si combinas estos patrones de luz con una dispersión constante de la manera correcta, obtendrás nuevamente una forma de onda de dispersión constante.

"De esta manera, al menos dentro de ciertos límites, puedes elegir libremente la imagen que deseas enviar a través del objeto sin interferencias", dice el estudiante de doctorado Yalen Bosch. "En el experimento elegimos una constelación como ejemplo: la Osa Mayor. De hecho, se determinó que una onda invariante de dispersión envía la imagen de la Osa Mayor al detector, independientemente de si la onda de luz es dispersada por el Capa de óxido de zinc Para el detector, digamos, los haces se ven casi iguales en ambos casos."

Qué sucede dentro de la unidad

Este método permite encontrar patrones de luz que penetran en gran medida sin perturbaciones. El objeto también funciona. Se puede utilizar en procesos de obtención de imágenes. "En los hospitales, los rayos X se utilizan para observar el interior del cuerpo humano; tienen longitudes de onda más cortas, por lo que pueden penetrar nuestra piel. Pero la forma en que las ondas de luz penetran un objeto depende no sólo de la longitud de onda, sino también de la forma de la onda". dijo el Dr. Wang, que trabaja en la propagación de ondas, dice Matthias Kühmayer, estudiante de doctorado en simulación por computadora. "Si desea enfocar la luz en algunos puntos específicos de un objeto, nuestro método abre nuevas posibilidades.

Podemos demostrar que con nuestro método también se puede controlar específicamente la distribución de la luz dentro de la capa de óxido de zinc. "Esto podría ser interesante en experimentos biológicos, en los que se desea introducir luz en un punto muy específico para ver la profundidad de una célula.

Un artículo publicado conjuntamente por científicos holandeses y austriacos muestra que existe una brecha entre teoría y experimento. Qué importante es la colaboración internacional para avanzar en esta área de investigación

Más información: Pritam Pai et al., Invariant Patterns of Light scattering in complex media, Nature Photonics (2021) /s 41566-021-00789-

Información de la revista: Fotónica de la naturaleza