Ein Forscher der Aston University hat die erste experimentelle Demonstration komplizierter und zuvor theoretter Verhaltensweisen in den grundlegenden Mustern durchgeführt, die oszillatorische Systeme in Natur und Technologie regeln.
Synchronisationsregionen, auch als Arnolds Zungen bekannt, können Wissenschaftler verstehen, wenn die Dinge synchron bleiben und wann nicht.
Arnolds Zungen werden in einer Vielzahl natürlicher Phänomene beobachtet, die oszillierende Mengen wie Herzschläge, Pendelschwankungen oder blinkende Lichter beinhalten.
Theoretische Studien haben darauf hingewiesen, dass diese Regionen unter starkem Erzwingen unerwartete Formen annehmen könnten, einschließlich blattartiger Muster und Lücken, die nicht synchronisierte Zustände darstellen. Bisher ist die Bestätigung solcher Vorhersagen experimentell eine bedeutende Herausforderung geblieben.
Die neue Studie ist das erste Mal, dass diese vorhergesagten Verhaltensweisen in einem physischen System tatsächlich beobachtet wurden – und das in Natur und Technologie wirklich existieren.
Das Papier mit dem Titel „Enthülle der Komplexität von Arnolds Zungen in einem Atemdestonlaser“ ist veröffentlicht In Wissenschaft Fortschritte. Die Studie wurde von Dr. Sonia Boscolo vom Aston Institute of Photonic Technologies in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der East China Normal University und der University of Burgund in Frankreich durchgeführt.
Dr. Boscolo und ihr Team machten ihre Beobachtungen mit einem Atemstill-Laser-einem ultraschnellen Faserlaser, der dynamische Impulse mit oszillatorischem Verhalten erzeugt. Ihre Ergebnisse bestätigen die Existenz der blattähnlichen Struktur und eines strahlähnlichen Musters-das erstere, das zuvor erst vor 25 Jahren in einem mathematischen Modell untersucht wurde. Darüber hinaus identifizierten sie Lücken in den strahlähnlichen Synchronisationsregionen und validierten theoretische Vorhersagen weiter.
Der Durchbruch baut auf früheren veröffentlichten Studien von Dr. Boscolo und ihren Mitarbeitern auf, die die Laser von Atemstörungen als hervorragende Plattform zur Erforschung komplexer Synchronisation und chaotischer Dynamik etablieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, die sich auf externe Einflüsse oder gekoppelte Oszillatoren verlassen, bieten diese Laser eine in sich geschlossene Umgebung, um diese Verhaltensweisen zu untersuchen.
Dr. Boscolo sagte: „Diese Entdeckung ist ein großer Sprung in unserem Verständnis nichtlinearer Systeme.
„Durch experimentell Bestätigung dieser komplizierten Synchronisationsmuster öffnen wir die Tür für weitere Forschungen zu ungewöhnlichen Synchronisationsphänomenen über verschiedene physikalische Systeme hinweg.“
Es wird erwartet, dass die Ergebnisse in mehreren Disziplinen umfassende Auswirkungen haben und möglicherweise Bereiche wie Neurowissenschaften, Telekommunikation und sogar Weltraumwissenschaft beeinflussen.
Die Fähigkeit, Synchronisationsregionen zu manipulieren, könnte zu neuen Fortschritten in der medizinischen Diagnostik, der Signalverarbeitung und der optischen Kommunikation führen.
Weitere Informationen:
Xiuqi wu et al. Wissenschaft Fortschritte (2025). Doi: 10.1126/sciadv.ads3660