In natura, come nella vita di tutti i giorni, siamo circondati dalla risonanza, il fenomeno che descrive come ogni oggetto ha una frequenza alla quale preferisce vibrare. La nota di una corda di chitarra e il suono del Big Ben sono esempi di risonanza.

Le vibrazioni vicino alla risonanza causano forti impatti. I ponti crollano se i soldati marciano all'unisono; un bambino può "spingersi" su un'altalena muovendo le gambe alla velocità corretta, e due orologi a pendolo sullo stesso tavolo si sincronizzeranno. Questi esempi mostrano la maggiore sensibilità data a un oggetto quando gli viene fornita energia a uno specifico (cioè, frequenza di risonanza. Non c'è da meravigliarsi quindi che fisici e ingegneri siano sempre alla ricerca di modi per utilizzare la risonanza per attivare effetti utili e risposte forti applicando la minima quantità di energia.

Ora, un team di fisici dell'Università di Bath ha trovato un modo per utilizzare la risonanza per sfruttare più efficacemente l'energia della luce all'interno di strutture chiamate microrisonatori. Per la luce, i microrisonatori fungono da piste in miniatura, con fotoni che sfrecciano intorno al cerchio in loop. La luce è composta da fotoni di diversi colori, con ogni colore corrispondente a onde che oscillano a specifiche lunghezze d'onda e frequenze. Se i picchi di queste onde raggiungono lo stesso punto dopo aver eseguito un ciclo completo attorno al risonatore, quindi la capacità di accumulo di energia del risonatore raggiunge il massimo quando misurata rispetto alla frequenza. In altre parole, il risonatore e la luce interna entrano in risonanza.

La capacità di un risonatore di immagazzinare energia è caratterizzata dalla nitidezza della risonanza, chiamato anche finezza.

I fisici sono coinvolti in una corsa per massimizzare le sottigliezze dei risonatori, in modo da immagazzinare quanta più energia possibile in un singolo risonatore. La ragione di questo non è solo vantarsi. Quando un'elevata energia luminosa circola in un risonatore, inizia a rivelare proprietà interessanti. Ad esempio, il risonatore inizia a produrre fotoni di luce con nuove frequenze e quindi di colore diverso.

Un arcobaleno di colori appena creato è noto come pettine di frequenza. Le molte proprietà utili di un pettine hanno portato i ricercatori a lavorare sulla "tecnica del pettine a frequenza ottica" vincendo il Premio Nobel per la Fisica nel 2005. A differenza di un arcobaleno del cielo, quello creato in un risonatore non mostra uno spettro continuo di colori. Anziché, contiene uno schema di colori regolare ed equamente spaziato, simile ai denti di un pettine. La regolarità di questi denti consente di utilizzare questi pettini per misurazioni ultra precise, ad esempio delle distanze e del tempo.

Lo studio dell'Università di Bath ha scoperto che aumentare la forza delle interazioni della materia leggera per creare pettini di frequenza non è l'unico motivo per cui i microrisonatori ad alta finezza sono importanti. Se la finezza è relativamente piccola, quindi sintonizzare un laser attorno a una delle risonanze fa sì che un dato dente del pettine regoli continuamente il suo colore. Raggiungendo multe di diverse migliaia e decine di migliaia, però, comincia a rompere questa continuità.

Quando la continuità è interrotta, un laser sintonizzato per generare una coppia di fotoni con due colori specifici dovrà passare attraverso l'"intervallo di inattività" prima che il colore successivo si accenda. Durante questo intervallo, non ci può essere conversione in nuovi colori.

Nel linguaggio della teoria della risonanza, la creazione dell'intervallo è chiamata lingue di Arnold. Le lingue di Arnold sono un fenomeno che si trova spesso nelle reti di oscillatori. I neuroni del nostro cervello lavorano secondo le regole delle lingue di Arnold per sincronizzare la trasmissione dei segnali.

Le lingue dei microrisonatori riportate nello studio di Bath rappresentano una mappa delle strette strutture a forma di linguetta che mostra come i parametri laser dovrebbero essere sintonizzati per generare o non generare nuovi colori.

Il processo di generazione di coppie di fotoni è un fenomeno chiave alla base dello sviluppo di sorgenti luminose sintonizzabili per varie applicazioni, ed in particolare per l'elaborazione e la trasmissione ottica di dati. La scoperta della connessione tra la generazione di coppie di fotoni e le lingue di Arnold dovrebbe aumentare l'efficienza di questo processo. Un ulteriore aumento delle finezze è possibile congelando i microrisonatori ad una temperatura in cui le molecole di cui sono costituiti smettono di vibrare. Questo dovrebbe innescare nuovi modi per manipolare i fotoni, e il team di Bath ha in programma di studiarli in seguito.

Professor Dmitry Skryabin del Centro di Bath per la fotonica e i materiali fotonici, e ricercatore capo di questo studio, disse, "Dal premio Nobel 2005, la tecnologia a pettine si è rapidamente ridotta alle dimensioni dei chip dei computer. Ciò significa che i generatori a pettine di frequenza miniaturizzati possono avere miriadi di applicazioni diverse, ad esempio nel monitoraggio dell'inquinamento, tecnologia radar, e la scoperta di nuovi pianeti."