Un approccio Tr....>>> Auguri e imprigionamento dei fasci luminosi attraverso i punti di Lagrange.

30 gennaio 2024

caratteristica

Questo articolo è stato revisionato secondo il processo editoriale e le politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo la credibilità del contenuto:

• verificato sui fatti
• pubblicazione sottoposta a revisione tra pari
• fonte affidabile
• corretto

a cura di Ingrid Fadelli, Phys.org

Guidare e catturare in modo affidabile le onde ottiche è fondamentale per il funzionamento di varie tecnologie contemporanee, compresi sistemi di comunicazione e elaborazione delle informazioni. Il metodo più convenzionale per guidare le onde luminose sfrutta la riflessione interna totale delle fibre ottiche e di altre strutture simili, ma di recente i fisici stanno esplorando il potenziale di tecniche basate su altri meccanismi fisici.

Ricercatori dell'Università della California del Sud hanno recentemente sviluppato un approccio altamente innovativo per intrappolare la luce. Questo metodo, introdotto in Nature Physics, sfrutta le proprietà esotiche dei punti di Lagrange, gli stessi punti di equilibrio che regolano le orbite dei corpi celesti primordiali, come gli asteroidi Trojan nel sistema sole-Giove.

"La scoperta dei punti di Lagrange, che si rivela fondamentale in questa ricerca, può essere ricondotta ai primi lavori di Leonhard Euler e Joseph-Louis Lagrange, che hanno dimostrato che in questi luoghi l'attrazione gravitazionale esercitata da due corpi di grandi dimensioni può essere bilanciata con precisione dalle forze centrifughe," hanno detto Mercedeh Khajavikhan e Demetrios N. Christodoulides, co-autori dello studio, a Phys.org.

"Mentre alcuni di questi punti, in particolare e, sono già utilizzati come posizioni strategiche nello spazio per la stabilità dei satelliti con un consumo minimo di propellente (come nel caso del telescopio James Webb e del satellite recentemente lanciato Aditya L1), il nostro studio si concentra sulle intriganti proprietà dei punti di Lagrange."

Gli asteroidi Trojan sono un grande gruppo di asteroidi che orbitano attorno al sole sulla stessa orbita del pianeta Giove. I punti di Lagrange, chiamati così dal rinomato matematico Lagrange che li ha scoperti, sono posizioni nello spazio in cui la forza gravitazionale di due corpi nello stesso sistema (ad esempio il sole e Giove) produce regioni di attrazione e repulsione più accentuate.

Nel corso del loro studio, Khajavikhan e Christodoulides hanno esaminato il potenziale dell'utilizzo della fisica unica di queste posizioni per guidare e intrappolare le onde luminose. Nel loro articolo, i ricercatori hanno dimostrato che l'utilizzo dei punti di Lagrange per applicazioni ottiche in alcuni modi somiglia alla cattura di asteroidi Trojan nell'orbita del sole e di Giove.

"La guida ottica con punti di Lagrange è ottenuta facendo passare una corrente attraverso un filo a spirale in un cilindro di olio di silicio indurito," hanno detto Khajavikhan e Christodoulides.

"Attraverso l'effetto termo-ottico, questo produce a sua volta un paesaggio di indici distorti in cui in questo caso la repulsione dei fotoni è bilanciata dalla forza centrifuga. Controintuitivamente, in questo profilo di indici a pendenza montuosa, viene prodotto un punto di Lagrange stabile e, di conseguenza, un raggio ottico di tipo Trojan viene intrappolato in modo bidimensionale in questa posizione."

Come parte del loro studio, Khajavikhan e Christodoulides hanno creato un sistema compatto nel loro laborator...

'A possible avenue for further exploration could be the use of Trojan beams in amplifying (laser) systems, where optical gain or loss can establish alternative means for beam attraction or repulsion in fully dielectric media,' Khajavikhan and Christodoulides said.

So far, the researchers have only focused on the use of Lagrange points for guiding light beams. However, in the future the methodology they developed could also be tested in other areas of physics reaching beyond optics, for instance as a technique to guide acoustic waves or ultracold atoms.

'At this point, we plan to explore the possibility of guiding light in acoustic waves in both liquid and gaseous media,' Khajavikhan and Christodoulides added. 'Finally, of interest would be to observe for the first-time trapping and transporting dielectric micro- and nano-particles in Lagrange waveguides using optical tractor beams where multiple Lagrange points can be induced—an aspect that is not possible in celestial mechanics.'

Journal information: Nature Physics

© 2024 Science X Network