Una forma de matemática que ha atraído la atención mundial por resolver un enigma de décadas de antigüedad ahora revela una conexión inesperada con la física. Los investigadores descubrieron que la estructura basada en formas puede hacer que la luz forme patrones quirales inusuales, lo que apunta a nuevas formas de explorar cómo la geometría puede influir en el comportamiento óptico. En un estudio publicado en Naturaleza de la comunicaciónInvestigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio e instituciones colaboradoras construyen estructuras ópticas inspiradas en el “sombrero de Smith”. Se sabe que esta forma inusual resuelve el llamado problema de Einstein en matemáticas. Cuando el equipo iluminó las estructuras con luz láser, observaron efectos de difracción diferentes a los observados en los cuasicristales convencionales. La forma que resolvió el problema de Einstein El problema de Einstein pregunta si una sola forma de mosaico, conocida como “monotile”, puede cubrir una superficie completa sin crear un patrón repetitivo. Los mosaicos familiares, como damas y panales, se repiten de manera regular. Un monotejo aperiódico, por el contrario, puede llenar una superficie sin siquiera establecerse en una disposición repetitiva. En 2023, los investigadores descubrieron este primer monolito, el sombrero Smith. La conclusión atrajo una amplia atención porque proporcionaba una solución largamente buscada al problema matemático. “Lo que resulta especialmente fascinante de la teja del sombrero es que, aunque el patrón resultante parece irregular a primera vista, en realidad está construido a partir de una red de panal”, dice el autor principal, Yuto Moritake. “Queríamos ver si esta forma única también podría producir algún fenómeno físico inesperado”. Convertir un modelo matemático en una estructura óptica Para probar esta posibilidad, los investigadores crearon versiones a nanoescala del patrón en películas de nitruro de silicio utilizando litografía por haz de electrones. Cuando la luz láser se dirigió hacia las estructuras, los patrones de difracción resultantes formaron diferentes formas de molinete. Estos modelos revelan directamente el carácter quiral de la estructura aperiódica. La quiralidad se refiere a una forma de lateralidad en la que una estructura y su imagen especular no pueden combinarse perfectamente. En este caso, la disposición inusual del modelo monotil hizo que la propia luz mostrara una respuesta quiral. “Descubrimos que los patrones de difracción se vuelven quirales porque la estructura carece de simetría especular”, explicó el autor principal Masaya Notomi. “Este tipo de respuesta óptica es fundamentalmente diferente de la observada en materiales cuasicristalinos convencionales”. La luz responde a la dirección y la polarización. Los investigadores también descubrieron que el patrón de difracción también cambia según la dirección y la polarización de la luz entrante. Cuando se reflejaba su estructura física, también se invertía su comportamiento óptico. Esto demostró que la respuesta a la luz estaba directamente relacionada con la simetría del patrón subyacente, revelando un nuevo tipo de comportamiento óptico controlado por la simetría. “Estos resultados abren una nueva dirección de investigación sobre la fusión del orden cuasiperiódico y la quiralidad”, señala Moritake. “Los modelos monotil proporcionan una plataforma para explorar los fenómenos ópticos que surgen de la interacción de simetría, quiralidad y aperiodicidad”. De las matemáticas abstractas a la nueva física óptica Los investigadores dicen que las estructuras inspiradas en monolitos podrían eventualmente contribuir a tecnologías diseñadas para manipular la luz, controlar la polarización y soportar dispositivos ópticos avanzados. De manera más general, los resultados muestran cómo un descubrimiento que comenzó como un rompecabezas matemático abstracto puede conducir a efectos físicos inesperados. El sombrero de Smith se celebró por primera vez por resolver una pregunta sobre cómo las formas pueden cubrir una superficie. Ahora, su geometría inusual puede ayudar a los investigadores a descubrir nuevas formas de controlar y estudiar la luz. Source link Post navigation 19 Surprising Facts About Fall That Sound Made Up – But Are Actually True La guerra contra Irán ha costado 38 mil millones de dólares, reduciendo dos tercios de los interceptores de misiles estadounidenses, dice la CBO.