Un chercheur de l'Université d'Aston a mené la première démonstration expérimentale de comportements complexes et précédemment théorisés dans les modèles fondamentaux qui régissent les systèmes oscillatoires dans la nature et la technologie.
Les régions de synchronisation, également connues sous le nom de langues d'Arnold en raison de la forme qu'ils prennent lorsqu'ils sont montrés sur un graphique, aident les scientifiques à comprendre quand les choses resteront en synchronisation et quand elles ne le feront pas.
Les langues d'Arnold sont observées dans une grande variété de phénomènes naturels qui impliquent des quantités oscillantes, telles que les battements cardiaques, les balançoires de pendule ou les lumières clignotantes.
Des études théoriques ont suggéré que sous un forte forçage, ces régions pourraient prendre des formes inattendues, notamment des modèles et des lacunes en forme de feuilles représentant des états non synchronisés. Jusqu'à présent, la confirmation de telles prédictions expérimentalement est restée un défi important.
La nouvelle étude est la première fois que ces comportements prédits sont réellement observés dans un système physique – pratiquant qu'ils existent vraiment dans la nature et la technologie.
L'article, intitulé «Dévoilage de la complexité des langues d'Arnold dans un laser de soliton respiratoire», est publié dans Avancées scientifiques. L'étude a été menée par le Dr Sonia Boscolo de l'Aston Institute of Photonic Technologies, en collaboration avec des scientifiques de l'East China Normal University et de l'Université de Bourgogne en France.
Le Dr Boscolo et son équipe ont fait leurs observations en utilisant un laser de soliton respiratoire – un laser à fibre ultra-détruit qui génère des impulsions dynamiques avec un comportement oscillatoire. Leurs résultats confirment l'existence de la structure en forme de feuilles et d'un modèle de type rayon – l'ancien précédemment étudié dans un modèle mathématique il y a 25 ans. De plus, ils ont identifié des lacunes dans les régions de synchronisation de type rayon, validant davantage les prédictions théoriques.
La percée s'appuie sur des études publiées précédentes du Dr Boscolo et de ses collaborateurs qui ont établi des lasers respiratoires-soliton comme une excellente plate-forme pour explorer la synchronisation complexe et la dynamique chaotique. Contrairement aux systèmes traditionnels qui reposent sur des influences externes ou des oscillateurs couplés, ces lasers fournissent un environnement autonome pour étudier ces comportements.
Le Dr Boscolo a déclaré: « Cette découverte représente un saut majeur dans notre compréhension des systèmes non linéaires.
« En confirmant expérimentalement ces modèles de synchronisation complexes, nous ouvrons la porte à des recherches supplémentaires sur des phénomènes de synchronisation inhabituels à travers divers systèmes physiques. »
Les résultats devraient avoir de grandes implications dans plusieurs disciplines, influençant potentiellement des domaines tels que les neurosciences, les télécommunications et même la science de l'espace.
La capacité de manipuler les régions de synchronisation pourrait conduire à de nouvelles progrès dans les diagnostics médicaux, le traitement du signal et les communications optiques.
