Un equipo de investigación de la Universidad Aston ha logrado, por primera vez, demostrar experimentalmente comportamientos complejos y teorizados en los patrones fundamentales que rigen los sistemas oscilatorios en la naturaleza y la tecnología. Este avance se centra en las regiones de sincronización, también conocidas como lenguas de Arnold, que permiten a los científicos comprender cuándo los fenómenos oscilatorios se mantienen en sincronía y cuándo no.
Las lenguas de Arnold se observan en una amplia variedad de fenómenos naturales que involucran cantidades oscilantes, como los latidos del corazón, los movimientos de un péndulo o las luces intermitentes. Estudios teóricos han sugerido que, bajo una fuerte influencia, estas regiones podrían adoptar formas inesperadas, incluyendo patrones similares a hojas y huecos que representan estados no sincronizados. Hasta ahora, confirmar tales predicciones experimentalmente había sido un desafío significativo.
Un avance en la comprensión de los sistemas no lineales
El nuevo estudio, titulado «Desvelando la complejidad de las lenguas de Arnold en un láser de solitón oscilante«, ha sido publicado en la revista Science Advances. La investigación fue liderada por la Dra. Sonia Boscolo del Instituto de Tecnologías Fotónicas de Aston, en colaboración con científicos de la Universidad Normal del Este de China y la Universidad de Borgoña en Francia.
La Dra. Boscolo y su equipo realizaron sus observaciones utilizando un láser de solitón oscilante, un láser de fibra ultrarrápido que genera pulsos dinámicos con un comportamiento oscilatorio. Sus hallazgos confirman la existencia de la estructura en forma de hoja y un patrón en forma de rayo, el primero de los cuales había sido estudiado previamente solo en un modelo matemático hace 25 años. Además, identificaron huecos en las regiones de sincronización en forma de rayo, lo que valida aún más las predicciones teóricas.
Este avance se basa en estudios previos publicados por la Dra. Boscolo y sus colaboradores, que establecieron los láseres de solitón oscilante como una excelente plataforma para explorar la sincronización compleja y la dinámica caótica. A diferencia de los sistemas tradicionales que dependen de influencias externas o osciladores acoplados, estos láseres ofrecen un entorno autocontenido para estudiar estos comportamientos.
La Dra. Boscolo ha declarado: «Este descubrimiento representa un gran avance en nuestra comprensión de los sistemas no lineales. Al confirmar experimentalmente estos patrones complejos de sincronización, abrimos la puerta a una investigación más profunda sobre fenómenos de sincronización inusuales en diversos sistemas físicos».
Las implicaciones de estos hallazgos se extienden a múltiples disciplinas, potencialmente influyendo en campos como la neurociencia, las telecomunicaciones e incluso la ciencia espacial. La capacidad de manipular las regiones de sincronización podría conducir a nuevos avances en diagnósticos médicos, procesamiento de señales y comunicaciones ópticas.
Más información:
Xiuqi Wu et al, Desvelando la complejidad de las lenguas de Arnold en un láser de solitón oscilante, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ads3660
