Att sträcka ut tidsskalor för att utforska extrema händelser i naturen verkade omöjligt, men denna bedrift är nu tänkbar tack vare ett team från Institut FEMTO-ST (CNRS/UFC/UTBM/ENSMM), som använde en innovativ mätteknik som möjliggör fångst av sådana händelser i realtid. Denna teknik, som för närvarande tillämpas inom området fotonik, kan hjälpa till att förutsäga oseriösa våghändelser på havsytan, tillsammans med andra extrema naturfenomen. Denna forskning, som genomfördes i samarbete med team från Finland, Irland, och Kanada, kommer att publiceras i tidningen Naturkommunikation den 19 december, 2016.

Instabilitet och kaos i fysiska system är slumpmässiga naturfenomen som i allmänhet är mycket känsliga för fluktuationer i initiala förhållanden, hur små de än är. För att förstå dessa komplexa och allestädes närvarande fenomen i naturen, forskare genomförde nyligen experiment som involverar utbredning av ljusvågor, och leder till bildandet av ultrasnabba pulser på en picosekund tidsskala (en miljonedel av en miljonedel av en sekund). Studiet av sådana fenomen inom optik erbjuder fördelen att det sker på mycket korta tidsperioder, vilket gör det möjligt att mäta ett representativt urval av händelser och att på ett tillförlitligt sätt karakterisera dess statistiska egenskaper. Även om de har hjälpt till att förbättra förståelsen för dynamiken i samband med extrema händelser, tills nu har dessa studier ändå gjorts indirekt, på grund av responstiden för aktuella detektorer, som är för långsamma för att fånga dessa sällsynta händelser.

De senaste experimenten som utförts vid Institut Femto-ST i Besançon har gjort det möjligt att övervinna denna begränsning. Baserat på principen om en tidslins, som sträcker tidsskalan med en faktor 100 samtidigt som upplösningen ökar, denna nya metod har gjort det möjligt för forskare att observera gigantiska ljuspulser i realtid, med intensitet 1, 000 gånger större än de ursprungliga fluktuationerna från ljuskällan, en laser. Att göra så, de använde en fjärilseffekt känd inom optiken som moduleringsinstabilitet, som förstorar det mikroskopiska bruset som finns i en laserstråle som rör sig längs fiberoptik för telekommunikation.

Omfattningen av dessa resultat går långt bortom området fotonik, eftersom denna typ av bakgrundsbrus allmänt anses vara en av de möjliga mekanismerna bakom de destruktiva oseriösa vågorna som plötsligt dyker upp på havsytan, och antas också vara närvarande i andra system såsom plasmadynamik i det tidiga universum. Möjligheten att sträcka tidsskalor inom optik öppnar en ny väg för utforskning och förståelse av många naturliga system för vilka det är ganska svårt att direkt studera instabilitet, och därigenom erhålla tillförlitliga statistiska prover.