En naturaleza, como en la vida cotidiana, estamos rodeados de resonancia, el fenómeno que describe cómo cada objeto tiene una frecuencia en la que prefiere vibrar. La nota de una cuerda de guitarra y el sonido del repiqueteo del Big Ben son ejemplos de resonancia.

Las vibraciones cercanas a la resonancia provocan fuertes impactos. Los puentes colapsan si los soldados marchan al unísono; un niño puede 'empujarse' a sí mismo en un columpio moviendo sus piernas a la velocidad correcta, y se sincronizarán dos relojes de péndulo en la misma mesa. Estos ejemplos muestran la sensibilidad mejorada que se le da a un objeto cuando se le proporciona energía en un nivel específico (es decir, frecuencia de resonancia. No es de extrañar, entonces, que los físicos e ingenieros siempre estén buscando formas de utilizar la resonancia para desencadenar efectos útiles y respuestas fuertes aplicando la menor cantidad de energía.

Ahora, Un equipo de físicos de la Universidad de Bath ha encontrado una forma de utilizar la resonancia para aprovechar la energía de la luz de manera más eficaz dentro de estructuras llamadas microrresonadores. Por la luz, los microrresonadores actúan como pistas de carreras en miniatura, con fotones que se cierran alrededor del círculo en bucles. La luz se compone de fotones de diferentes colores, con cada color correspondiente a ondas que oscilan en longitudes de onda y frecuencias específicas. Si los picos de estas ondas alcanzan el mismo punto después de hacer un bucle completo alrededor del resonador, entonces, la capacidad de almacenamiento de energía del resonador alcanza un máximo cuando se mide contra la frecuencia. En otras palabras, el resonador y la luz interior entran en resonancia.

La capacidad de un resonador para almacenar energía se caracteriza por la nitidez de la resonancia, también llamado finura.

Los físicos están atrapados en una carrera para maximizar la delicadeza de los resonadores, para almacenar la mayor cantidad de energía posible en un solo resonador. La razón de esto no es solo el derecho a fanfarronear. Cuando circula mucha energía luminosa en un resonador, comienza a revelar propiedades interesantes. Por ejemplo, el resonador comienza a producir fotones de luz con nuevas frecuencias y por tanto de diferentes colores.

Un arco iris de colores recién creado se conoce como peine de frecuencia. Las muchas propiedades útiles de un peine llevaron a los investigadores a trabajar en 'la técnica del peine de frecuencia óptica' a ganar el Premio Nobel de Física 2005. A diferencia de un arco iris del cielo, el creado en un resonador no muestra un espectro continuo de colores. En lugar de, contiene un patrón de colores regular e igualmente espaciado, similar a los dientes de un peine. La regularidad de estos dientes permite que estos peines se utilicen para mediciones ultraprecisas, por ejemplo, de distancias y tiempo.

El estudio de la Universidad de Bath ha descubierto que aumentar la fuerza de las interacciones de la materia ligera para hacer peines de frecuencia no es la única razón por la que los microrresonadores de alta delicadeza son importantes. Si la delicadeza es relativamente pequeña, luego, sintonizar un láser alrededor de una de las resonancias hace que un diente de peine determinado ajuste su color continuamente. Alcanzando finuras de varios miles y decenas de miles, sin embargo, comienza a romper esta continuidad.

Cuando la continuidad se rompe, un láser sintonizado para generar un par de fotones con dos colores específicos deberá pasar por el "intervalo de inactividad" antes de que se encienda el siguiente color. Durante este intervalo, no puede haber conversión a nuevos colores.

En el lenguaje de la teoría de la resonancia, la creación del intervalo se llama lenguas de Arnold. Las lenguas de Arnold son un fenómeno que se encuentra a menudo en redes de osciladores. Las neuronas de nuestro cerebro funcionan de acuerdo con las reglas de las lenguas de Arnold para sincronizar la transmisión de señales.

Las lenguas del microrresonador informadas en el estudio de Bath representan un mapa de las estructuras estrechas en forma de lengua que muestra cómo se deben ajustar los parámetros del láser para generar o no generar nuevos colores.

El proceso de generación de pares de fotones es un fenómeno clave que sustenta el desarrollo de fuentes de luz sintonizables para diversas aplicaciones. y en particular para el procesamiento y transmisión de datos ópticos. Se espera que el descubrimiento de la conexión entre la generación de pares de fotones y las lenguas de Arnold aumente la eficiencia de este proceso. Es posible aumentar aún más la delicadeza congelando los microrresonadores a una temperatura en la que las moléculas de las que están hechos dejen de vibrar. Se espera que esto active nuevas formas de manipular fotones, y el equipo de Bath planea estudiarlos a continuación.

Profesor Dmitry Skryabin del Centro de Bath para Fotónica y Materiales Fotónicos, e investigador principal de este estudio, dijo, "Desde el Premio Nobel de 2005, la tecnología de peine se ha reducido rápidamente al tamaño de los chips de computadora. Esto significa que los generadores de peine de frecuencia miniaturizados pueden tener innumerables aplicaciones diversas, por ejemplo, en el control de la contaminación, tecnología de radar, y descubrimiento de nuevos planetas ".