Allungare le scale temporali per esplorare eventi estremi in natura sembrava impossibile, eppure questa impresa è ora concepibile grazie a un team dell'Institut FEMTO-ST (CNRS/UFC/UTBM/ENSMM), che ha utilizzato una tecnica di misurazione innovativa che consente la cattura di tali eventi in tempo reale. Questa tecnica, che è attualmente applicato nel campo della fotonica, potrebbe aiutare a prevedere eventi di onde anomale sulla superficie dell'oceano, insieme ad altri fenomeni naturali estremi. Questa ricerca, condotto in collaborazione con squadre finlandesi, Irlanda, e Canada, sarà pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura il 19 dicembre, 2016.

L'instabilità e il caos nei sistemi fisici sono fenomeni naturali casuali che sono generalmente molto sensibili alle fluttuazioni delle condizioni iniziali, per quanto piccoli possano essere. Per comprendere questi fenomeni complessi e onnipresenti in natura, ricercatori hanno recentemente condotto esperimenti che coinvolgono la propagazione di onde luminose, e portando alla formazione di impulsi ultraveloci su una scala temporale di picosecondi (un milionesimo di milionesimo di secondo). Lo studio di tali fenomeni in ottica offre il vantaggio di svolgersi su tempistiche molto brevi, rendendo così possibile misurare un campione rappresentativo di eventi e caratterizzarne in modo affidabile le proprietà statistiche. Sebbene abbiano contribuito a migliorare la comprensione delle dinamiche legate agli eventi estremi, fino ad ora questi studi sono stati comunque condotti indirettamente, a causa del tempo di risposta dei rilevatori di corrente, che sono troppo lenti per catturare questi rari eventi.

Recenti esperimenti condotti presso l'Institut Femto-ST di Besançon hanno permesso di superare questo limite. Basato sul principio di una lente temporale, che allunga la scala temporale di un fattore 100 aumentando la risoluzione, questo nuovo metodo ha permesso ai ricercatori di osservare giganteschi impulsi di luce in tempo reale, con intensità 1, 000 volte maggiore di quello delle fluttuazioni iniziali dalla sorgente luminosa, un laser. Fare così, hanno usato un effetto farfalla noto in ottica come instabilità di modulazione, che amplifica il rumore microscopico intrinsecamente presente in un raggio laser che viaggia lungo le fibre ottiche delle telecomunicazioni.

La portata di questi risultati va ben oltre il campo della fotonica, poiché questo tipo di rumore di fondo è generalmente considerato uno dei possibili meccanismi dietro le onde anomale distruttive che compaiono improvvisamente sulla superficie degli oceani, e si crede anche che sia presente in altri sistemi come la dinamica del plasma nell'Universo primordiale. La capacità di allungare i tempi in ottica apre una nuova strada per l'esplorazione e la comprensione di numerosi sistemi naturali per i quali rimane abbastanza difficile studiare direttamente le instabilità, e quindi ottenere campioni statistici affidabili.