En Aston University -forsker har gennemført den første eksperimentelle demonstration af indviklede og tidligere teoretiseret adfærd i de grundlæggende mønstre, der styrer oscillerende systemer i naturen og teknologien.
Synkroniseringsregioner, også kendt som Arnolds tunger på grund af den form, de tager, når de vises på en graf, hjælper forskere med at forstå, hvornår tingene forbliver synkroniseret, og hvornår de ikke gør det.
Arnolds tunger observeres i en lang række naturfænomener, der involverer svingende mængder, såsom hjerteslag, pendulvingninger eller blinkende lys.
Teoretiske undersøgelser har antydet, at disse regioner under stærk tvang kunne påtage sig uventede former, herunder bladlignende mønstre og huller, der repræsenterer usynkroniserede tilstande. Indtil nu har bekræftelse af sådanne forudsigelser eksperimentelt været en betydelig udfordring.
Den nye undersøgelse er første gang, at disse forudsagte adfærd faktisk er blevet observeret i et fysisk system – hvilket giver, at de virkelig findes i naturen og teknologien.
Papiret med titlen “Afsløring af kompleksiteten af Arnolds tunger i en åndedrætssoliton-laser” udgives i Videnskab fremmer. Undersøgelsen blev udført af Dr. Sonia Boscolo fra Aston Institute of Photonic Technologies i samarbejde med forskere fra Østkinesiske Normal University og University of Burgundy i Frankrig.
Dr. Boscolo og hendes team lavede deres observationer ved hjælp af en åndedrætssoliton-laser-en ultrahet fiberlaser, der genererer dynamiske pulser med oscillerende opførsel. Deres fund bekræfter eksistensen af den bladlignende struktur og et stråle-lignende mønster-det tidligere tidligere studeret i en matematisk model for 25 år siden. Derudover identificerede de huller i de stråleagtige synkroniseringsregioner, hvilket yderligere validerede teoretiske forudsigelser.
Gennembrudet bygger på tidligere offentliggjorte undersøgelser af Dr. Boscolo og hendes samarbejdspartnere, der etablerede åndedrætsolitonlasere som en fremragende platform til at udforske kompleks synkronisering og kaotisk dynamik. I modsætning til traditionelle systemer, der er afhængige af eksterne påvirkninger eller koblede oscillatorer, giver disse lasere et selvstændigt miljø til at studere disse opførsler.
Dr. Boscolo sagde, “Denne opdagelse repræsenterer et stort spring fremad i vores forståelse af ikke -lineære systemer.
“Ved at eksperimentelt bekræfte disse komplicerede synkroniseringsmønstre åbner vi døren for yderligere forskning i usædvanlige synkroniseringsfænomener på tværs af forskellige fysiske systemer.”
Resultaterne forventes at have brede konsekvenser på tværs af flere discipliner, hvilket potentielt påvirker felter som neurovidenskab, telekommunikation og endda rumvidenskab.
Evnen til at manipulere synkroniseringsregioner kan føre til nye fremskridt inden for medicinsk diagnostik, signalbehandling og optisk kommunikation.