Stel je een metalen staaf voor die aan één kant is verwarmd. In plaats van dat de warmte zich geleidelijk over de hele lengte verspreidt, de bar wordt uiteindelijk weer heet op de plek waar hij oorspronkelijk stond. Het feit dat, paradoxaal genoeg, een complex systeem dat terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat in plaats van naar evenwicht te evolueren, trekt al meer dan 60 jaar de aandacht van natuurkundigen. Dankzij een reeks ontwikkelingen op het gebied van optische vezels, veel rijker en vollediger dan voorheen, ons Frans-Italiaanse team van onderzoekers heeft zojuist een cruciale stap gezet om dit fenomeen beter te begrijpen.

onze publicatie, die zijn vooruitgang beschrijft, stond op de cover van Natuurfotonica . Dit zijn niet alleen topresultaten in de fundamentele fysica, maar ook van primair belang voor het grote publiek - het proces in kwestie vormt de kern van fenomenen zoals de vorming van malafide oceaangolven of het ontwerp van uiterst nauwkeurige optische klokken.

Het Manhattan-project aan de oorsprong van de paradox

De paradox werd voor het eerst ontdekt in 1954 door vooraanstaande wetenschappers, sommigen waren betrokken bij het Manhattan Project, die de Verenigde Staten van de atoombom zou voorzien. Het waren Stanislaw Ulam, Johannes Pasta, en Mary Tsingou, en Enrico Fermi, winnaar van de Nobelprijs voor de natuurkunde 1938. Fermi heeft het idee om een ​​van de allereerste computers te gebruiken om nieuwe complexe fysieke fenomenen te onderzoeken waarvan de resolutie niet mogelijk was door berekening. Dit markeert het begin van een revolutie – numerieke simulaties – die essentieel is geworden op alle gebieden van de natuurkunde.

Maar voor Fermi en zijn collega's, de resultaten van de eerste computertest onthulden totaal onverwacht gedrag:het systeem dat ze bestudeerden keerde terug naar zijn oorspronkelijke staat.

Vanaf dat moment, het probleem is uitgebreid bestudeerd en beschreven. De herhaalde pogingen van natuurkundigen om het op te lossen zijn bijzonder vruchtbaar geweest voor vele takken van de natuurkunde waar het kan worden waargenomen. Vooral, ze leidden tot de ontdekking van de theorie van solitonen, pulsen die zich voortplanten zonder vervorming die kunnen worden waargenomen in oceanen, plasmafysica en optica.

Sommige modellen voorspelden dat de Fermi, Het fenomeen Pasta en Ulam was eigenlijk cyclisch - het systeem keerde verschillende keren terug naar zijn oorspronkelijke staat. Maar de experimenten die het aan het licht hadden gebracht, hadden nooit iets anders ontdekt dan een terugkeer naar de oorspronkelijke staat:intrinsieke verliezen van het systeem verzachtten de manifestaties ervan te snel.

Optische vezels observeren de paradox

Ons onderzoeksteam, gevestigd aan het PHLAM-laboratorium van de Universiteit van Lille en verbonden aan een Italiaanse theoreticus van de Universiteit van Ferrara, heeft een manier gevonden om deze verliezen over meer dan 8 kilometer glasvezel te compenseren door een lichtbron van een heel andere kleur toe te voegen die als energiereservoir diende. Dit ongekende proces stelde ons in staat om voor de eerste keer een tweede terugkeer naar de oorspronkelijke staat waar te nemen. Het experiment vond plaats in de FiberTech-fabriek in Lille, onderdeel van de onderzoeksinstelling IRCICA.

Dankzij een ingenieus apparaat dat keek naar de verspreiding van licht door onzuiverheden in de vezel, bekend als Rayleigh-verstrooiing, we konden niet alleen de intensiteit van het licht meten, maar ook wat de optische specialisten de fase ervan noemen, en dit over de hele vezellengte. We observeerden toen een ongekend gedrag:terugkerende verschuivingen van de ene cyclus naar de andere, waarbij de maxima de plaats van de minima innemen.

Dit resultaat, voorspeld door sommige modellen, opent een nieuwe weg in het begrip van dit fenomeen, die aan de basis liggen van vele andere complexe processen:frequentiekammen. Deze "laserregels", de afgelopen jaren snel vooruitgegaan, licht brengen in een groot aantal nieuwe toepassingen, variërend van afstandsmeting voor autonome auto's tot de ontdekking van exoplaneten, om er een paar op te noemen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.