Tänk dig en metallstång som har värmts upp i ena änden. Istället för att värmen gradvis sprider sig över hela dess längd, baren blir så småningom varm igen på den plats där den ursprungligen låg. Faktumet att, paradoxalt, ett komplext system återgår till sitt ursprungliga tillstånd istället för att utvecklas mot jämvikt har uppmärksammat fysiker i mer än 60 år. Tack vare en rad framsteg inom optiska fibrer, mycket rikare och mer komplett än tidigare, vårt fransk-italienska forskargrupp har just tagit ett avgörande steg för att bättre förstå detta fenomen.

Vår publikation, som beskriver hans framsteg, fanns på omslaget till Nature Photonics . Dessa är inte bara toppresultat inom grundläggande fysik utan också av primärt intresse för allmänheten-processen i fråga är kärnan i fenomen som bildandet av oseriösa havsvågor eller design av optiska klockor med hög precision.

Manhattanprojektet i början av paradoxen

Paradoxen upptäcktes först 1954 av ledande forskare, varav några var inblandade i Manhattan -projektet, som skulle förse USA med atombomben. De var Stanislaw Ulam, John Pasta, och Mary Tsingou, och Enrico Fermi, vinnare av Nobelpriset i fysik 1938. Fermi har tanken att använda en av de allra första datorerna för att utforska nya komplexa fysiska fenomen vars upplösning inte var möjlig genom beräkning. Detta markerar början på en revolution - numeriska simuleringar - som har blivit avgörande inom alla fysikområden.

Men för Fermi och hans kollegor, resultaten av det första datortestet avslöjade något helt oväntat beteende:Systemet de studerade återvände till sitt ursprungliga tillstånd.

Sedan dess, problemet har studerats och skrivits omfattande om. Fysikernas upprepade ansträngningar för att lösa det har varit särskilt givande för många fysikgrenar där det kan observeras. Särskilt, de ledde till upptäckten av teorin om solitoner, pulser som sprider sig utan deformation som kan observeras i haven, plasmafysik och optik.

Vissa modeller förutspådde att Fermi, Fenomenet Pasta och Ulam var faktiskt cykliskt - systemet återvände flera gånger till sitt ursprungliga tillstånd. Men de experiment som hade belyst det hade aldrig upptäckt något mer än en återgång till det ursprungliga tillståndet:systemets förluster dämpade dess manifestationer för snabbt.

Optiska fibrer observerar paradoxen

Vårt forskargrupp, baserad på University of Lille PHLAM Laboratory och associerad med en italiensk teoretiker från University of Ferrara, har lyckats hitta ett sätt att kompensera dessa förluster över mer än 8 kilometer optisk fiber genom att lägga till en ljuskälla med en mycket annan färg som fungerade som en energireservoar. Denna process utan motstycke gjorde att vi för första gången kunde observera en andra återgång till utgångsläget. Experimentet ägde rum på FiberTech Lille -anläggningen, del av forskningsinstitutionen IRCICA.

Tack vare en genial enhet som tittade på diffusion av ljus genom föroreningar i fibern, känd som Rayleigh -spridning, vi kunde inte bara mäta ljusets intensitet utan också vad de optiska specialisterna kallar dess fas, och detta längs hela fiberlängden. Vi observerade sedan ett beteende utan motstycke:återkommande skift från en cykel till en annan, maxima tar plats för minima.

Detta resultat, förutspås av vissa modeller, öppnar ett nytt sätt i förståelsen av detta fenomen, som ligger till grund för många andra komplexa processer:frekvenskammar. Dessa "laserregler", gått snabbt framåt de senaste åren, få ljus i ett stort antal nya applikationer, allt från avståndsmätning för autonoma bilar till upptäckten av exoplaneter, för att nämna några stycken.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.