Chimera state:Hvordan synkroni og asynkroni eksisterer side om side

Orden og uorden kan virke dikotome forhold i et fungerende system, alligevel kan begge stater, faktisk, eksisterer samtidigt og varigt i et system af oscillatorer, i det, der kaldes en kimærstilstand. Tager sit navn fra et sammensat væsen i græsk mytologi, denne eksotiske tilstand rummer stadig en masse mystik, men dens grundlæggende karakter giver potentiale til at forstå styrende dynamik på tværs af mange videnskabelige områder. Et forskerhold ved University of New Mexico har for nylig fremmet denne forståelse med arbejde, der vil blive offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Kaos .

"Et system af oscillatorer" kan lyde dunkelt, men det beskriver faktisk på en meget generel, men grundlæggende måde, alle mulige fysiske systemer.

"Mange biologiske systemer kan opfattes som populationer af oscillatorer. Hjerteslaget er bare oscillerende hjerteceller, som en bølge forplanter sig på. Og neuroner i hjernen er også oscillatorer, og er blevet behandlet med disse metoder, "sagde Karen Blaha, en postdoktorforsker ved University of New Mexico, der arbejder på projektet. "Men at lave eksperimenter på disse systemer er virkelig, rigtig hård. Cellerne kan dø, og hvis du kan manipulere dem på en måde, så du kan måle dataene, de opfører sig muligvis ikke, som de gør naturligt. "

Af denne grund, holdet, ledet af Francesco Sorrentino, en maskiningeniør professor ved University of New Mexico, bygget på tidligere arbejde udført for at forstå kimæretilstande med mekaniske oscillatorer, i dette tilfælde en samling af metronomer, hviler på sammenkoblede platforme.

"Det ultimative mål er, at disse systemer opfører sig bedre end de biologiske systemer, som vi håber i sidste ende kan være gode proxies for, " sagde Blaha.

Teamet byggede et system med tre sammenkoblede platforme, hver understøtter op til 15 tikkende metronomer, hvis bevægelser blev sporet individuelt. En kimærtilstand i dette system bestod af i fase, eller synkron, bevægelse af en delmængde af metronomerne, og asynkron bevægelse af de andre. Ved at variere systemets karakteristika, såsom koblingsstyrken mellem platformene eller antallet af metronomer, de kunne udlede, hvilke faktorer der førte til mere perfekte kimærtilstande.

Af særlig interesse for dette eksperiment var den effekt, symmetrier af systemet havde på fremkomsten af ​​kimærstater. Sorrentino og hans team så på, for eksempel, effekten af ​​at have den samme kontra forskellige koblingsstyrker af de ydre platforme til midterplatformen.

"Det sammensætter en ny ingrediens, der gør det hele mere komplekst. Grundlæggende undrer vi os over, hvordan denne type blandet adfærd kan forekomme i systemer, der har symmetrier. Og vores arbejde er eksperimentelt, så vi ser denne kimærtilstand i systemer med symmetrier , "Sagde Sorrentino.

Ud over at udvikle en metode til bedre at forstå disse vigtige, komplekse systemer, Sorrentino betragter indsatsen som et kraftfuldt uddannelsesværktøj. Bordpladens skala og visuelle karakter af målingerne og effekterne giver eleverne mere direkte involvering i de begreber, der undersøges.

"Det er en fuld oplevelse for den studerende [og] vi har et bredt forfatterskab, "Sagde Sorrentino, fremhæver samarbejdet mellem kandidater, kandidatstuderende og seniorforskere. "Det er virkelig en holdindsats."

Fremtidigt arbejde fra det mangfoldige team vil undersøge andre symmetrier, samt forskellige faktorer såsom koblingsmetode. De planlægger også at tilføje metoder til styring af systemet og synkronisering. "Vi arbejder i flere retninger. Definitivt er symmetrierne noget, vi vil huske på og forsøge at generalisere til mere komplekse situationer, "Sagde Sorrentino.