Absorptionen av vattenvågor är den process genom vilken vattenvågor förlorar sin energi, vilket minskar deras påverkan på stränder eller andra fasta strukturer som omger dem. Att aktivera denna absorptionsprocess i verkliga miljöer kan hjälpa till att skydda kuster och strukturer från skador orsakade av vågor under extrema väderförhållanden.
Forskare vid Sorbonne Université CNRS, Institut Polytechnique de Paris, University of Bristol, Le Mans Université CNRS och Université PSL CNRS har försökt ta fram effektiva strategier för att möjliggöra effektiv absorption av vattenvågor i årtionden. I en ny artikel publicerad i Physical Review Letters , har de introducerat en lovande ny strategi, baserad på ett koncept som introducerades av de amerikanska fysikerna Stanley Autler och Charles Townes på 1950-talet.
"Vi har arbetat i nästan 20 år med vattenvågsrelaterade frågor, och under de senaste fem åren eller så fokuserade vi på problem specifikt kopplade till absorptionen av dessa vågor för att skydda kuster eller offshorestrukturer," Agnès Maurel, medförfattare till tidningen, berättade för Phys.org. "För detta ändamål har vi utvecklat strategier baserade på resonansmekanismer, vilket är fallet i denna studie."
I sin uppsats introducerade Maurel och hennes kollegor en ny strategi för att realisera den perfekta resonansabsorptionen av guidade vattenvågor, som är baserad på en resonanseffekt som kallas Autler-Townes splitting. Detta är en fysisk effekt som inträffar i tvånivåresonantsystem, som kännetecknas av en uppdelning av två övergångstillstånd i mindre "dubbel" tillstånd åtskilda av en så kallad Rabi-oscillation.
Autler-Townes splittring realiserades och observerades i olika fysiska system, allt från radiofrekvenskällor till lasrar och atomer. Som en del av sin studie försökte Maurel och hennes kollegor att utnyttja denna väletablerade effekt för att kontrollera utbredningen av guidade vattenvågor.
"Denna experimentella prestation härrör från en teoretisk analys av resonansmekanismen vi publicerade förra året, som vi anpassade för det specifika syftet att absorbera vattenvågor," förklarade Maurel. "Léo-Paul Euvé, genom sitt innovativa tillvägagångssätt för att implementera experiment och optiska mätningar i laboratoriet, lyckades till slut demonstrera effektiviteten av denna mekanism."
Forskarna visade effektiviteten av deras föreslagna strategi för att kontrollera utbredningen av vattenvågor teoretiskt, i numeriska simuleringar och experimentellt. I sina experiment kunde de realisera den fullständiga absorptionen av guidade vattenvågor, med hjälp av en noggrant utformad asymmetrisk punktliknande spridare, bestående av två tätt åtskilda resonanssidokanaler kopplade till en guide.
"Absorptionseffektiviteten, det vill säga det fullständiga undertryckandet av vågor som reflekteras och överförs av en sub-våglängdsanordning, är det resultat som verkar mest betydelsefullt för oss," sa Maurel. "Praktiska tillämpningar gäller naturligtvis utformningen av sådana system för kustskydd och i allmänhet för alla konstruktioner vid eller nära havet."
Den här forskargruppens föreslagna strategi för att möjliggöra resonansabsorption av vattenvågor kan snart testas vidare i både laboratoriemiljöer och verkliga miljöer. Om dess effektivitet bekräftas kan den i slutändan användas i kustområden för att kontrollera den energi med vilken vågor träffar omgivande stränder och konstgjorda strukturer, och därmed begränsa tillhörande skador.
"I samband med tillämpningar som spänner över hav och oceaner är det avgörande att överväga den inneboende icke-linjära naturen och det breda spektrala innehållet i vattenvågor," tillade Maurel. "Även om vi inte nödvändigtvis fördjupar oss i specifika tillämpningar just nu, måste vi införliva dessa faktorer i våra kommande studier, en process som redan är igång."
Mer information: Léo-Paul Euvé et al., Perfekt resonansabsorption av guidade vattenvågor genom Autler-Townes-delning. Fysiska granskningsbrev (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.204002.
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev
© 2023 Science X Network
