Esticar escalas de tempo para explorar eventos extremos na natureza parecia impossível, mas esse feito agora é concebível graças a uma equipe do Institut FEMTO-ST (CNRS / UFC / UTBM / ENSMM), que utilizou uma técnica de medição inovadora que permite a captura de tais eventos em tempo real. Esta técnica, que é atualmente aplicado no campo da fotônica, pode ajudar a prever eventos de ondas desonestos na superfície do oceano, junto com outros fenômenos naturais extremos. Essa pesquisa, que foi conduzido em colaboração com equipes da Finlândia, Irlanda, e Canadá, será publicado na revista Nature Communications em 19 de dezembro, 2016

A instabilidade e o caos em sistemas físicos são fenômenos naturais aleatórios que geralmente são altamente sensíveis a flutuações nas condições iniciais, por menores que sejam. Para entender esses fenômenos complexos e onipresentes na natureza, pesquisadores recentemente conduziram experimentos envolvendo a propagação de ondas de luz, e levando à formação de pulsos ultrarrápidos em uma escala de tempo de picossegundos (um milionésimo de um milionésimo de um segundo). O estudo de tais fenômenos em óptica oferece a vantagem de ocorrer em escalas de tempo muito curtas, tornando assim possível medir uma amostra representativa de eventos e caracterizar de forma confiável suas propriedades estatísticas. Embora tenham ajudado a melhorar a compreensão da dinâmica conectada a eventos extremos, até agora, esses estudos foram realizados indiretamente, devido ao tempo de resposta dos detectores atuais, que são muito lentos para capturar esses eventos raros.

Experimentos recentes realizados no Institut Femto-ST em Besançon permitiram superar essa limitação. Com base no princípio de uma lente do tempo, que estende a escala de tempo por um fator de 100 enquanto aumenta a resolução, este novo método permitiu aos pesquisadores observar pulsos gigantes de luz em tempo real, com uma intensidade 1, 000 vezes maior do que as flutuações iniciais da fonte de luz, um laser. Para fazer isso, eles usaram um efeito borboleta conhecido em óptica como instabilidade de modulação, que amplia o ruído microscópico intrinsecamente presente em um feixe de laser viajando ao longo da fibra óptica de telecomunicações.

O escopo desses resultados vai muito além do campo da fotônica, uma vez que este tipo de ruído de fundo é geralmente considerado um dos possíveis mecanismos por trás das ondas nocivas destrutivas que aparecem repentinamente na superfície dos oceanos, e também se acredita estar presente em outros sistemas, como a dinâmica de plasma no início do Universo. A capacidade de esticar escalas de tempo em óptica abre um novo caminho para a exploração e compreensão de vários sistemas naturais para os quais continua sendo muito difícil estudar diretamente as instabilidades, e assim obter amostras estatísticas confiáveis.