Ученые смогли обнаружить предсказанные 20 лет назад фрактальные распределения в лазерных пучках. Такие структуры обладают самоподобием на различных масштабах и нередко встречаются в природе. Результаты опубликованы в журнале Physical Review A.

Фракталы — это объекты, для которых характерно самоподобие, то есть точное или частичное совпадение фрагментов различных размеров. С точки зрения математики фракталы являются особенными фигурами, так как обладают дробной размерностью. Это значит, что плоский фрактал в некотором смысле «проще» настоящей плоскости, но «сложнее» прямой. Фракталы также встречаются в природе. В частности, изрезанные береговые линии можно описать с помощью этих фигур, а кочан цветной капусты сорта Романеско, контуры облаков и ветвящаяся форма молний обладают свойством самоподбия.

В новой работе физики обнаружили фракталы в лазерах. Как отмечают авторы, лазеры являются практически полной противоположностью природе, так как создаются в максимально приближенных к идеальным условиях: для возникновения когерентного излучения необходим резонатор из безупречно отшлифованных сферических зеркал и усиливающая колебания среда. В 1998 году было предсказано существование фрактальных распределений в поперечных срезах интенсивности некоторых лазеров, однако экспериментальных подтверждений эффекту не было.

Физики наблюдали фрактальные рисунки из ярких и темных областей на поперечных срезах яркости лучей, вызванные приданием особой формы выходному отверстию резонатора — апертуре. В результате эта фигура многократно усиливается при отражениях волн внутри резонатора и проявляется на разных масштабах в получающемся лазерном луче. Авторы использовали несколько разных апертур и создали разные плоские фракталы. Теоретические оценки также указывают, что лазеры должны формировать и трехмерные фракталы, но обнаружить их предстоит в будущих исследованиях.