De absorptie van watergolven is het proces waardoor watergolven hun energie verliezen, waardoor hun impact op kusten of andere vaste structuren eromheen wordt verminderd. Door dit absorptieproces in de praktijk mogelijk te maken, kunnen kusten en constructies worden beschermd tegen schade veroorzaakt door golven tijdens extreme weersomstandigheden.

Onderzoekers van de Sorbonne Université CNRS, Institut Polytechnique de Paris, University of Bristol, Le Mans Université CNRS en Université PSL CNRS proberen al tientallen jaren effectieve strategieën te bedenken om de efficiënte absorptie van watergolven mogelijk te maken. In een recent artikel gepubliceerd in Physical Review Letters hebben ze een veelbelovende nieuwe strategie geïntroduceerd, gebaseerd op een concept dat in de jaren vijftig door de Amerikaanse natuurkundigen Stanley Autler en Charles Townes werd geïntroduceerd.

"We werken al bijna twintig jaar aan watergolfgerelateerde kwesties, en de afgelopen vijf jaar hebben we ons geconcentreerd op problemen die specifiek verband houden met de absorptie van deze golven voor de bescherming van kusten of offshore-constructies", zegt Agnès Maurel, co-auteur van het artikel, vertelde Phys.org. "Daartoe hebben we strategieën ontwikkeld op basis van resonante mechanismen, zoals het geval is in deze studie."

In hun artikel introduceerden Maurel en haar collega's een nieuwe strategie voor het realiseren van de perfecte resonante absorptie van geleide watergolven, die gebaseerd is op een resonant effect dat bekend staat als Autler-Townes-splitsing. Dit is een fysiek effect dat optreedt in resonante systemen met twee niveaus, dat wordt gekenmerkt door een splitsing van twee overgangstoestanden in kleinere "doublet"-toestanden, gescheiden door de zogenaamde Rabi-oscillatie.

De splitsing van Autler-Townes werd gerealiseerd en waargenomen in verschillende fysieke systemen, variërend van radiofrequentiebronnen tot lasers en atomen. Als onderdeel van hun onderzoek probeerden Maurel en haar collega's dit beproefde effect te benutten om de voortplanting van geleide watergolven te beheersen.

"Deze experimentele prestatie komt voort uit een theoretische analyse van het resonantiemechanisme die we vorig jaar hebben gepubliceerd en die we hebben aangepast voor het specifieke doel van het absorberen van watergolven", legt Maurel uit. "Léo-Paul Euvé is er door zijn innovatieve aanpak bij het implementeren van experimenten en optische metingen in het laboratorium uiteindelijk in geslaagd de effectiviteit van dit mechanisme aan te tonen."

De onderzoekers demonstreerden de effectiviteit van hun voorgestelde strategie voor het controleren van de voortplanting van watergolven, theoretisch, in numerieke simulaties en experimenteel. In hun experimenten slaagden ze erin de volledige absorptie van geleide watergolven te realiseren, met behulp van een zorgvuldig ontworpen asymmetrische puntachtige verstrooier, bestaande uit twee dicht bij elkaar gelegen resonante zijkanalen verbonden met een geleider.

"De efficiëntie van de absorptie, dat wil zeggen de volledige onderdrukking van golven die worden gereflecteerd en uitgezonden door een apparaat met een subgolflengte, is het resultaat dat ons het meest significant lijkt", zei Maurel. "Praktische toepassingen betreffen uiteraard het ontwerp van dergelijke systemen voor kustbescherming en in het algemeen voor alle constructies op of nabij de zee."

De door dit onderzoeksteam voorgestelde strategie om de resonante absorptie van watergolven mogelijk te maken, zou binnenkort verder kunnen worden getest in zowel laboratorium- als praktijkomgevingen. Als de doeltreffendheid ervan wordt bevestigd, zou het uiteindelijk in kustgebieden kunnen worden gebruikt om de energie te beheersen waarmee golven de omliggende kusten en door de mens gebouwde structuren treffen, waardoor de daarmee samenhangende schade wordt beperkt.

"In de context van toepassingen die zeeën en oceanen omspannen, is het van cruciaal belang om rekening te houden met de inherent niet-lineaire aard en de brede spectrale inhoud van watergolven", voegde Maurel eraan toe. "Hoewel we ons op dit moment niet noodzakelijkerwijs verdiepen in specifieke toepassingen, moeten we deze factoren opnemen in onze komende onderzoeken, een proces dat al aan de gang is."

Meer informatie: Léo-Paul Euvé et al., Perfecte resonante absorptie van geleide watergolven door Autler-Townes-splitsing. Fysieke beoordelingsbrieven (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.204002.

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven

© 2023 Science X Netwerk