Imagine una barra de metal que se ha calentado en un extremo. En lugar de que el calor se extienda gradualmente por toda su longitud, la barra finalmente se vuelve a calentar en el lugar donde estaba originalmente. El hecho de que, paradójicamente, un sistema complejo vuelve a su estado original en lugar de evolucionar hacia el equilibrio ha llamado la atención de los físicos durante más de 60 años. Gracias a una serie de avances en fibras ópticas, mucho más rico y completo que antes, Nuestro equipo de investigadores franco-italianos acaba de dar un paso crucial para comprender mejor este fenómeno.
Nuestra publicación, que describe su progreso, apareció en la portada de Fotónica de la naturaleza . Estos no solo son los mejores resultados en física fundamental, sino también de interés primordial para el público en general:el proceso en cuestión está en el corazón de fenómenos como la formación de olas oceánicas rebeldes o el diseño de relojes ópticos de alta precisión.
El proyecto Manhattan en el origen de la paradoja
La paradoja fue descubierta por primera vez en 1954 por científicos destacados, algunos de los cuales participaron en el Proyecto Manhattan, que proporcionaría a los Estados Unidos la bomba atómica. Eran Stanislaw Ulam, John Pasta, y Mary Tsingou, y Enrico Fermi, ganador del Premio Nobel de Física de 1938. Fermi tiene la idea de utilizar una de las primeras computadoras para explorar nuevos fenómenos físicos complejos cuya resolución no fue posible por cálculo. Esto marca el comienzo de una revolución, las simulaciones numéricas, que se ha vuelto esencial en todas las áreas de la física.
Pero para Fermi y sus colegas, Los resultados de la primera prueba informática revelaron un comportamiento completamente inesperado:el sistema que estaban estudiando volvió a su estado inicial.
Dispersión de luz en una fibra óptica.
Desde entonces, el problema ha sido estudiado y escrito extensamente. Los repetidos esfuerzos de los físicos para resolverlo han sido particularmente fructíferos para muchas ramas de la física donde se puede observar. En particular, llevaron al descubrimiento de la teoría de los solitones, pulsos que se propagan sin deformación que se pueden observar en los océanos, física y óptica del plasma.
Algunos modelos predijeron que Fermi, El fenómeno Pasta y Ulam fue en realidad cíclico:el sistema regresó varias veces a su estado inicial. Pero los experimentos que lo habían resaltado nunca habían detectado nada más que un retorno al estado original:las pérdidas intrínsecas del sistema mitigaron sus manifestaciones con demasiada rapidez.
Las fibras ópticas observan la paradoja
Nuestro equipo de investigación, con sede en el laboratorio PHLAM de la Universidad de Lille y asociado con un teórico italiano de la Universidad de Ferrara, ha conseguido encontrar una forma de compensar estas pérdidas en más de 8 kilómetros de fibra óptica añadiendo una fuente de luz de un color muy diferente que servía como depósito de energía. Este proceso sin precedentes nos permitió observar por primera vez un segundo regreso al estado inicial. El experimento tuvo lugar en las instalaciones de FiberTech Lille, parte de la institución de investigación IRCICA.
Varias recurrencias de Fermi-Pasta-Ulam, con máximos (rojo) y mínimos (azul claro) alternados
Gracias a un ingenioso dispositivo que analizó la difusión de la luz por impurezas dentro de la fibra, conocido como dispersión de Rayleigh, pudimos medir no solo la intensidad de la luz sino también lo que los especialistas ópticos llaman su fase, y esto a lo largo de toda la longitud de la fibra. Luego observamos un comportamiento sin precedentes:cambios recurrentes de un ciclo a otro, los máximos tomando el lugar de los mínimos.
Este resultado, predicho por algunos modelos, abre un nuevo camino en la comprensión de este fenómeno, que en la raíz de muchos otros procesos complejos:peines de frecuencia. Estas "reglas láser", avanzando rápidamente en los últimos años, iluminar una gran cantidad de nuevas aplicaciones, que van desde la medición de distancias para automóviles autónomos hasta el descubrimiento de exoplanetas, por nombrar unos cuantos.
Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original. 
