Картограф получает лист с расстояниями между сотнями безымянных островов. Ни один остров не подписан, но расстояния повторяются, складываются в треугольники и четырёхугольники. По этим повторам картограф восстанавливает карту архипелага — не зная, какой остров как называется. Примерно так устроена новая работа по молекулярной спектроскопии.
Раньше, чтобы понять спектр молекулы, линии нужно было «назначить» — приписать каждой паре энергетических уровней. Для этого строили модель, описывающую энергию молекулы, и вручную подгоняли её под данные. Для молекул с плотными спектрами, как у метана или воды, тысячи линий оставались без назначения. Новая работа убирает этот барьер: уровни восстанавливаются напрямую из сырых частот, без модели и без имён.
Алгоритм ищет повторяющиеся разности частот. Если две линии разделяет одна и та же энергетическая щель, это как два пути между одними и теми же островами. Замыкания четырёх таких путей — «четырёхциклы» — выдают положение самих уровней. Из 686 неразмеченных линий воды в диапазоне 1537–1605 нм алгоритм собрал 158 уровней, сгруппированных в две сети.
Карта собрана без единого названия. Острова расставлены по местам, расстояния между ними известны с точностью до метра — но какой остров как называется, алгоритм не знает. Названия можно добавить позже, сопоставив с известными картами. Главное — карта уже есть, и она точнее прежних.
Это первая демонстрация модельно-независимой реконструкции энергетической сети молекулы с килогерцовой точностью. Метод открывает путь к автоматическому построению спектроскопических баз данных для молекул, где традиционный анализ тонет в плотности линий. Картографу больше не нужно ждать, пока кто-то подпишет острова.
Эффективная длина поглощения в резонаторе SCALS составляет около 28 км — это как если бы свет проходил через образец длиной с марафонскую дистанцию, хотя сама кювета всего 42 см.
Идея восстановления скрытой структуры из косвенных измерений напоминает сюжеты, где по обрывкам данных восстанавливают карту неизвестной территории. В романе «Контакт» Карла Сагана сигнал инопланетян содержит инструкции по сборке машины, и здесь тоже из разрозненных частот собирается целостная сеть уровней.