Membres de l'equip d'investigadors del nou mètode per posar ordre al caos Foto: UPC

Investigadors del grup de recerca Dinàmica no Lineal, Òptica no Lineal i Làsers (DONLL) i del Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions de la Universitat Politècnica de Catalunya·Barcelona Tech (UPC), juntament amb científics de la Universitat de Aberdeen (Escòcia), han desenvolupat un nou mètode, basat en l’escala temporal, amb el qual es poden distingir comportaments ordenats dins de seqüències d’inestabilitats generades a sistemes altament complexos. El treball s’ha publicat a la revista de referència Scientific Reports (Nature Publishing Group) .

Els científics han aconseguit separar l’ordre del caos amb una nova metodologia molt més senzilla que la que es feia servir fins ara. Han desenvolupat un mètode molt accessible,  tant des del punt de vista conceptual com de càlcul,  amb el que han separat en dos grups diferenciats les inestabilitats d’un làser. Han identificat, d’una banda, el grup d’inestabilitats que es manifesta amb una distribució aleatòria i, d’altra banda, el grup d’inestabilitats amb una seqüenciació i una estructura clara.

L’escala temporal, la clau
L’aparició d’inestabilitats en el làser d’un semiconductor pot tenir dues causes. Poden aparèixer de manera espontània a causa del soroll, o bé es poden induir per uns processos ben definits que generen una seqüenciació d’inestabilitats amb cert grau d’ordre. Quan el soroll produeix una inestabilitat, el làser pot fer dues coses: tornar al  seu punt d’equilibri i esperar que el soroll el torni a desestabilitzar; o bé continuar produint més inestabilitats abans de tornar al punt estable.

Els investigadors del grup DONLL de la UPC han descobert que aquestes darreres inestabilitats tenen un cert ordre que no es veu. Segons Andrés Aragoneses, "ens hem adonat que la manera de discriminar unes inestabilitats de les altres es basa en l’escala temporal. L’ordre amagat provoca que les inestabilitats induïdes estiguin més juntes que les que estan  produïdes aleatòriament pel soroll. De fet, fent servir el nostre mètode podem arribar a dir quines inestabilitats han estat produïdes per soroll i quines induïdes", afirma un dels autors del treball.

Una melodia suau en un estadi de futbol
Aragoneses continua explicant que "el que hem fet és igual que detectar una melodia suau i tènue en mig d’un ambient sorollós, com si haguéssim separat la melodia d’una cançó en mig d’un estadi de futbol a vessar de públic. A més, seguint aquesta similitud, hem estat capaços d’identificar una seqüenciació de notes ben estructurada", explica Aragoneses.

Des del punt de vista científic aquesta demostració és molt important perquè, a partir d’ara, partint d’una seqüència d’esdeveniments caòtica i sense regularitat aparent, es podrà identificar una estructura clara, produïda per lleis concretes, aïllant el soroll que l’emmascara i esbrinar el seu comportament. Tot això es pot fer amb una nova metodologia senzilla i molt menys complexa que les que ara existien.

La tècnica utilitzada pels investigadors de la UPC i de la Universitat d’Aberdeen pot ser molt útil per analitzar, per exemple, el comportament de les xarxes socials, perquè els mecanismes de comunicació amb els que funcionen estan governats per interaccions entre usuaris amb un component aleatori i un component d’ordre. "Un primer ‘sms’ o ‘tuit’ es produeix de manera aleatòria quan algú té alguna cosa a dir i aquest va seguit de respostes amb cert ordre i estructura, induïts pel primer", explica Aragoneses.

Un altre dels camps d’aplicació d’aquesta nova metodologia per identificar l’ordre dins del caos d’un làser és per avançar en l’estudi de la freqüència amb que es produeixen els terratrèmols, "ja que hi ha grups de terratrèmols que estan relacionats (amaguen cert ordre) però que no jp estan amb altres grups de terratrèmols. Després d’un gran terratrèmol sempre segueixen petites rèpliques que desapareixen amb el temps", argumenta l’investigador.

Així mateix, la tècnica servirà segons els científics del grup DONLL, per entendre millor l’activitat neuronal, ja que les respostes elèctriques de les neurones tenen una estructura molt semblant a les inestabilitats dels làsers emprats en aquest estudi.

A més d’Andrés Aragoneses, l’equip d’investigadors està format Maria Carme Torrent i Cristina Masoller, del grup de recerca Dinàmica no Lineal, Òptica no Lineal  i Làsers (DONLL) al Campus Terrassa;  Jordi Tiana-Alsina, del Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions de la UPC, i Nicolás Rubido, de la Universitat de Aberdeen (Escòcia).