Stretching tidsskalaer for at forbedre ekstrem hændelsesforudsigelse

At strække tidsskalaer for at udforske ekstreme begivenheder i naturen syntes umuligt, men denne bedrift er nu tænkelig takket være et hold fra Institut FEMTO-ST (CNRS/UFC/UTBM/ENSMM), som brugte en innovativ måleteknik, der muliggjorde registrering af sådanne begivenheder i realtid. Denne teknik, som i øjeblikket anvendes inden for fotonik, kunne hjælpe med at forudsige useriøse bølgehændelser på havoverfladen, sammen med andre ekstreme naturfænomener. Denne forskning, som blev gennemført i samarbejde med teams fra Finland, Irland, og Canada, vil blive offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation den 19. december, 2016.

Ustabilitet og kaos i fysiske systemer er tilfældige naturfænomener, der generelt er meget følsomme over for udsving i indledende forhold, hvor små de end er. For at forstå disse komplekse og allestedsnærværende fænomener i naturen, forskere har for nylig gennemført eksperimenter, der involverer spredning af lysbølger, og fører til dannelsen af ​​ultrahurtige impulser på et picosekund tidsskala (en milliontedel af en milliontedel af et sekund). Undersøgelsen af ​​sådanne fænomener i optik giver fordelen ved at finde sted på meget korte tidsskalaer, hvilket gør det muligt at måle et repræsentativt udsnit af hændelser og pålideligt karakterisere dets statistiske egenskaber. Selvom de har hjulpet med at forbedre forståelsen af ​​dynamikken forbundet med ekstreme begivenheder, indtil nu er disse undersøgelser ikke desto mindre blevet udført indirekte, på grund af strømdetektorers responstid, som er for langsomme til at fange disse sjældne begivenheder.

Nylige eksperimenter udført på Institut Femto-ST i Besançon har gjort det muligt at overvinde denne begrænsning. Baseret på princippet om en tidslinse, som strækker tidsskalaen med en faktor 100, mens opløsningen øges, denne nye metode har gjort det muligt for forskere at observere kæmpe lysimpulser i realtid, med en intensitet 1, 000 gange større end for de første udsving fra lyskilden, en laser. For at gøre det, de brugte en sommerfugleeffekt kendt i optikken som modulering ustabilitet, som forstørrer den mikroskopiske støj, der er iboende i en laserstråle, der bevæger sig langs telekommunikationsfiberoptik.

Omfanget af disse resultater går langt ud over området fotonik, da denne form for baggrundsstøj generelt anses for at være en af ​​de mulige mekanismer bag de ødelæggende skurkbølger, der pludselig dukker op på havets overflade, og menes også at være til stede i andre systemer såsom plasmadynamik i det tidlige univers. Evnen til at strække tidsskalaer i optik åbner en ny vej for udforskning og forståelse af talrige natursystemer, for hvilke det stadig er ret svært at direkte undersøge ustabilitet, og derved opnå pålidelige statistiske prøver.