Na natureza, como na vida cotidiana, estamos rodeados por ressonância - o fenômeno que descreve como cada objeto tem uma frequência que prefere vibrar. A nota de uma corda de violão e o som do Big Ben repicando são exemplos de ressonância.

Vibrações próximas à ressonância causam fortes impactos. Pontes desmoronam se os soldados marcham em uníssono; uma criança pode se 'empurrar' em um balanço movendo as pernas na taxa correta, e dois relógios de pêndulo na mesma mesa serão sincronizados. Esses exemplos mostram a sensibilidade aprimorada dada a um objeto quando ele é fornecido com energia em um determinado (isto é, frequência de ressonância. Não é de se admirar que físicos e engenheiros estejam sempre procurando maneiras de usar a ressonância para desencadear efeitos úteis e respostas fortes, aplicando a menor quantidade de energia.

Agora, uma equipe de físicos da Universidade de Bath encontrou uma maneira de usar a ressonância para aproveitar a energia da luz de forma mais eficaz dentro de estruturas chamadas microrressonadores. Para luz, microrressonadores atuam como pistas de corrida em miniatura, com fótons girando em torno do círculo em loops. A luz consiste em fótons de cores diferentes, com cada cor correspondendo a ondas oscilando em frequências e comprimentos de onda específicos. Se os picos dessas ondas atingirem o mesmo ponto depois que um loop completo for feito em torno do ressonador, então, a capacidade de armazenamento de energia do ressonador atinge um máximo quando medida em relação à frequência. Em outras palavras, o ressonador e a luz interna entram em ressonância.

A capacidade de um ressonador de armazenar energia é caracterizada pela nitidez da ressonância, também chamado de finesse.

Os físicos são pegos em uma corrida para maximizar a sutileza dos ressonadores, de modo a armazenar o máximo de energia possível em um único ressonador. A razão para isso não é apenas o direito de se gabar. Quando a alta energia da luz está circulando em um ressonador, começa a revelar propriedades interessantes. Por exemplo, o ressonador começa a produzir fótons de luz com novas frequências e, portanto, de cores diferentes.

Um arco-íris de cores recém-criado é conhecido como pente de frequência. As muitas propriedades úteis de um pente levaram os pesquisadores a trabalhar na 'técnica do pente de frequência óptica', ganhando o Prêmio Nobel de Física de 2005. Ao contrário de um arco-íris do céu, aquele criado em um ressonador não exibe um espectro contínuo de cores. Em vez de, contém um padrão de cores regular e igualmente espaçado, semelhantes aos dentes de um pente. A regularidade desses dentes permite que esses pentes sejam usados ​​para medições ultra-precisas, por exemplo, de distâncias e tempo.

O estudo da University of Bath descobriu que aumentar a força das interações de matéria leve para fazer pentes de frequência não é a única razão pela qual os microrressonadores de alta finesse são importantes. Se a sutileza for relativamente pequena, então, o ajuste de um laser em torno de uma das ressonâncias faz com que um determinado dente de pente ajuste sua cor continuamente. Alcançando sutilezas de vários milhares e dezenas de milhares, Contudo, começa a quebrar essa continuidade.

Quando a continuidade é rompida, um laser ajustado para gerar um par de fótons com duas cores específicas precisará passar pelo 'intervalo ocioso' antes que a próxima cor acenda. Durante este intervalo, não pode haver conversão em novas cores.

Na linguagem da teoria da ressonância, a criação do intervalo é chamada de línguas de Arnold. As línguas de Arnold são um fenômeno freqüentemente encontrado em redes de osciladores. Os neurônios em nossos cérebros funcionam de acordo com as regras das línguas de Arnold para sincronizar a transmissão de sinais.

As línguas microrressonadoras relatadas no estudo de Bath representam um mapa das estruturas estreitas em forma de língua que mostra como os parâmetros do laser devem ser ajustados para gerar ou não novas cores.

O processo de geração de pares de fótons é um fenômeno chave que sustenta o desenvolvimento de fontes de luz sintonizáveis ​​para várias aplicações, e em particular para processamento e transmissão ótica de dados. Espera-se que a descoberta da conexão entre a geração de pares de fótons e as línguas de Arnold aumente a eficiência desse processo. É possível aumentar ainda mais as sutilezas congelando os microrressonadores a uma temperatura em que as moléculas das quais são feitos param de vibrar. Espera-se que isso desencadeie novas maneiras de manipular fótons, e a equipe de Bath planeja estudá-los a seguir.

Professor Dmitry Skryabin do Centro de Fotônica e Materiais Fotônicos de Bath, e pesquisador líder neste estudo, disse, "Desde o Prêmio Nobel de 2005, a tecnologia de pente diminuiu rapidamente para o tamanho de chips de computador. Isso significa que geradores de pente de frequência miniaturizados podem ter miríades de diversas aplicações, por exemplo, monitoramento de poluição, tecnologia de radar, e descoberta de novos planetas. "