Difetto fatale scoperto nei mantelli del tappeto dell'invisibilità

Nel gioco del mimetismo del gatto col topo, lo straordinario sviluppo dei mantelli dell'invisibilità ha sicuramente dato il sopravvento al topo negli ultimi anni. Non solo i teorici hanno sviluppato in modo drammatico le idee alla base di questi dispositivi, ma altri hanno costruito e testato i mantelli stessi. Il mondo del camouflage non sarà più lo stesso.

Oggi i gatti reagiscono rivelando come rilevare la presenza di un mantello dell'invisibilità e scoprire l'oggetto che nasconde.

I mantelli dell'invisibilità nascondono gli oggetti guidando la luce intorno a loro in modo che gli oggetti non possano essere visti da un osservatore. Il trucco è costruire un materiale che guidi la luce in questo modo.

Ciò risulta essere estremamente difficile, in parte perché le proprietà ottiche di questi materiali devono cambiare da un punto all'altro in modo da ottenere questo sterzo, una proprietà nota come anisotropia ottica. Per questo motivo, i primi mantelli dell'invisibilità dovevano essere costruiti a mano e anche allora riuscivano solo a coprire un oggetto piatto in due dimensioni con una singola lunghezza d'onda della luce a microonde. Nessuno poteva davvero immaginare come questo approccio potesse essere fatto funzionare sulla scala molto più piccola richiesta per la luce visibile né su una gamma di frequenze.

Poi, un paio di anni fa, John Pendry, il fisico teorico dell'Imperial College di Londra che è stato la forza trainante intellettuale in questo campo, ha escogitato un altro approccio: il mantello da tappeto.

L'idea era che uno strato di materiale dielettrico su una superficie potesse piegare la luce in modo da far sembrare che la luce si riflettesse sulla superficie originale. In altre parole, questo livello aggiuntivo sarebbe invisibile, quindi anche qualsiasi cosa contenuta al suo interno sarebbe invisibile.

Questa tecnica funziona per la luce visibile a un'ampia gamma di frequenze. Inoltre, ha affermato Pendry, i materiali che potrebbero farlo potrebbero essere completamente uniformi, isotropi anziché anisotropi, e quindi sarebbero molto più facili da realizzare.

Con questa idea, il sogno dei mantelli ottici dell'invisibilità è diventato realtà e su questo blog abbiamo seguito il modo in cui questa idea si è evoluta da teoria a dispositivi pratici in pochi mesi.

Da allora, Baile Zhang e gli amici del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, sono stati impegnati a cercare il punto debole di questa idea e ora pensano di averlo trovato. Oggi fanno notare che i mantelli dei tappeti hanno un difetto che rende rilevabili gli oggetti al loro interno.

Il problema, dicono, è che i mantelli isotropi non possono funzionare perfettamente. Ecco perché. La luce può essere pensata come una serie di fronti d'onda ciascuno con una certa quantità di energia. Normalmente, la direzione della propagazione dell'energia è perpendicolare a questi fronti d'onda.

Tuttavia, in un mantello dell'invisibilità, questa relazione perpendicolare viene distorta man mano che le onde luminose vengono guidate. Questo è ciò che fa un materiale anisotropo. Ma un materiale isotropo non può farlo: l'energia si propaga sempre ad angolo retto rispetto ai fronti d'onda. Questa limitazione significa che i materiali isotropi non possono nascondere gli oggetti nel modo suggerito da Pendry.

Zhang e compagni continuano a dimostrare la loro affermazione tracciando un raggio che passa attraverso il tipo di mantello da tappeto isotropo suggerito da Pendry. Quello che hanno scoperto sconvolgerà i cloaker di tutto il mondo.

Secondo Zhang e compagni, i mantelli per tappeti non nascondono oggetti, li spostano semplicemente da un lato di una quantità leggermente inferiore a quella che sono alti. Fondamentalmente l'effetto dipende dall'angolo con cui stai guardando. Quindi, quando illuminato con un angolo di 45 gradi, un oggetto alto 0,2 unità appare spostato lateralmente di 0,15 unità.

Se Zhang e compagni hanno ragione, questo potrebbe essere un duro colpo per l'occultamento isotropico del tappeto. Significa che l'effetto di occultamento del tappeto ha un angolo di visuale limitato.

Guarda dall'alto e un oggetto può essere perfettamente nascosto, non hai bisogno di un mantello da tappeto per quello, solo un camuffamento convenzionale. La domanda è quanto lontano puoi andare dalla perpendicolare prima che un mantello da tappeto ottico isotropo ti tradisca.

Quindi nelle guerre dell'invisibilità, questa battaglia va ai gatti. Naturalmente, i topi torneranno con un mantello da tappeto nuovo e migliorato che aggira questo problema. Una via d'uscita ovvia è rendere il tappeto anisotropo, in altre parole variare la sua struttura in modo che orienti adeguatamente la luce intorno all'oggetto.

Secondi fuori, secondo round.

Rif: arxiv.org/abs/1004.2551 : Lo spostamento laterale rende rilevabile l'occultamento del piano terra

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