Ya es posible dilatar el tiempo para predecir acontecimientos extremos

Dilatar las escalas de tiempo para explorar los acontecimientos extremos de la naturaleza parecía imposible, pero esta proeza es ya concebible gracias a un equipo del Instituto francés FEMTO-ST, que ha utilizado una innovadora técnica de detección que permite capturar en tiempo real estos acontecimientos, informa el CNRS en un comunicado.

Esta técnica, aplicada por el momento a la fotónica, podría ayudar a predecir las olas gigantes que surgen en la superficie de los océanos y otros eventos naturales extremos. Este trabajo, desarrollado con la colaboración de investigadores finlandeses, irlandeses y canadienses, se ha publicado en la revista Nature Communications.

Las inestabilidades y el caos en los sistemas físicos son fenómenos aleatorios naturales, generalmente muy sensibles a las fluctuaciones de las condiciones iniciales, por muy pequeñas que sean.

Para comprender estos fenómenos complejos y omnipresentes en la naturaleza, los investigadores han recurrido a experiencias que implican la propagación de ondas lumínicas  con la finalidad de estudiar la formación de impulsos de duración extremadamente breve, del orden del picosegundo (billonésima parte de un segundo).

En efecto, el estudio de estos fenómenos en óptica representa la ventaja de realizarse en escalas de tiempo muy cortas que permiten obtener y medir una muestra representativa de estos breves acontecimientos y caracterizar de forma fiable sus propiedades estadísticas.

Sin embargo, aunque los estudios de estos fenómenos ópticos  ha permitido progresos sobre la comprensión de las dinámicas vinculadas a estos acontecimientos extremos, hasta ahora se han realizado de manera indirecta, en razón del tiempo de respuesta de los detectores actuales, que son demasiado lentos para capturar toda la dinámica de estos acontecimientos extraños.

Lentilla temporal e inestabilidad modulacional

Sin embargo,  esta limitación se ha superado mediante investigaciones desarrolladas en el Institut Femto-ST  de Besançon. Estas investigaciones se han basado en el principio de la así llamada lentilla temporal,  que funciona de manera análoga al objetivo de una cámara fotográfica, aumentando la dimensión temporal de un acontecimiento.

Una lentilla temporal dilata la escala de tiempo en un factor 100 aumentando su resolución. Usando este nuevo método, los investigadores han conseguido observar en tiempo real impulsos gigantes de luz con una intensidad más de 1.000 veces superior a las fluctuaciones iniciales de la fuente luminosa, un láser.

Para ello han utilizado un efecto mariposa conocido en óptica con el nombre de inestabilidad modulacional, que amplifica, en una fibra óptica de telecomunicaciones, el débil ruido intrínsecamente presente en el rayo láser.

Estos resultados tienen un alcance que trasciende el dominio de la fotónica, puesto que este tipo de ruido de fondo se considera como uno de los mecanismos que podría estar en el origen de las destructoras olas gigantes que aparecen con frecuencia en la superficie de los océanos, así como en otros sistemas como la dinámica de plasma en el universo primigenio.

La capacidad de dilatar las escalas de tiempo en óptica abre por ello una nueva vía para la exploración y la comprensión de numerosos sistemas de la naturaleza, para los cuales todavía es difícil estudiar las inestabilidades de manera directa, y obtener así muestras estadísticas fiables.

Referencia

Real-time measurements of spontaneous breathers and rogue wave events in optical fibre modulation instability. M. Narhi, B. Wetzel, C. Billet, S.Toenger, T. Sylvestre, J.-M. Merolla, R. Morandotti, F. Dias, G. Genty, J. M. Dudley. Nature Communications, 19 december 2016. DOI :10.1038/NCOMMS13675