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Les fractales sont des objets géométriques dont la structure laisse apparaître des schémas répétitifs à des échelles d’observation fine. Il en existe de nombreux exemples à l’état naturel, des flocons de neige aux cristaux de sel. Recréer ces figures à l’aide de lasers, comme le prédisent les modèles théoriques depuis 20 ans, requiert des ajustements techniques extrêmement précis. Une prouesse scientifique que des physiciens ont réussi à accomplir récemment. 

« Ce qui est étonnant, c’est que, comme prévu, la seule exigence pour démontrer l’effet est un simple laser avec deux miroirs sphériques polis » déclare Johannes Courtial, de l’Université de Glasgow (Écosse).

« Regardez au mauvais endroit à l’intérieur du laser et vous ne verrez qu’une tache de lumière floue » ajoute Andrew Forbes de l’Université du Witwatersrand en Afrique du Sud. « Regardez au bon endroit, où l’image se forme, et vous verrez des fractales ».

Cette prévision à laquelle fait référence Courtial a été publiée dans un article de 1999, après que les chercheurs aient identifié certaines manipulations au laser qui devraient produire des fractales à partir de la lumière. La méthode utilisée consiste à utiliser la dynamique du laser, qui rebondit entre les miroirs et se répète sans cesse, pour imiter les répétitions de motifs de fractales dans la nature. Les résultats de l’expérience ont été publiés dans la revue Physical Review A.

dispositif experimental laser

Dispositif expérimental utilisé par les physiciens pour créer des motifs fractals à partir de lasers. Crédits : Wits University

Grâce à un contrôle précis de la lumière laser dans des miroirs sphériques, les scientifiques ont pu obtenir une version plus petite ou plus grande d’un motif chaque fois qu’il retournait à un point où il pouvait être observé, entraînant des fractales. Ce point d’observation s’appelle le plan d’imagerie commun, et nécessite de regarder à l’intérieur de l’optique du laser lui-même, et non du faisceau qui en résulte.

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fractales laser lumiere

Diverses figures fractales obtenues à partir de lasers. Crédits : Wits University

Selon les chercheurs, le potentiel d’utilisation de cette découverte en est encore à ses débuts, mais le potentiel en matière d’imagerie, de réseaux, de technologie d’antenne et de médicaments est considérable. Les fractales sont étroitement liées à la théorie du chaos, selon laquelle un petit changement dans un système peut avoir des résultats énormes et imprévisibles.

motif fractal laser

Motif fractal créé à partir de la lumière laser. Crédits : Wits University

Les fractales peuvent aider à cartographier certains de ces systèmes complexes et dynamiques, et disposer de nos propres générateurs de fractales pourrait nous permettre de mieux comprendre comment l’Univers fonctionne à plus grande échelle. Plus tard, les chercheurs espèrent pouvoir développer des lasers sur mesure capables de produire des fractales à la demande, ce qui les rendra encore plus utiles aux scientifiques et aux ingénieurs.

D’ailleurs, ces nouvelles études ont conduit à une autre prédiction : les images 2D créées ici pourraient un jour être également réalisées en 3D, avec des allusions à une structure fractale existant le long d’un autre axe à l’intérieur du laser.

« C’est la nature de la science : répondre à de vieilles questions entraîne inévitablement de nouvelles questions plus complexes. Ainsi, bien qu’un chapitre soit fermé, un autre s’ouvre et reste complètement non écrit » conclut Forbes.

Source : Physical Review A

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