Eksploderende bølger fra kolliderende dissipative pulser

Samspillet mellem rejsebølger i dissipative systemer, fysiske systemer drevet af energispredning, kan give uventede og nogle gange kaotiske resultater. Disse bølger, kendt som dissipative pulser (DS'er), driver eksperimentelle undersøgelser inden for en række områder, der involverer stof- og energistrømme.

I journalen Kaos , forskere studerede kollisioner mellem tre typer DS'er for at afgøre, hvad der sker, når disse rejsebølger interagerer. "Vi havde til hensigt at finde ud af, om man kunne få rumligt lokaliseret kaotisk adfærd ved at kollidere impulser, der er regelmæssige i rum og tid, " sagde Orazio Descalzi, en forfatter på papiret.

Descalzi og kollega Helmut Brand brugte to koblede kubisk-kvintiske komplekse Ginzburg-Landiske ligninger (CQCGLE'er) til at modellere kollisioner af stationære og oscillerende DS'er med forskellige hastigheder. CQCGLE'er er matematiske ligninger, som andre forskere har brugt i næsten tre årtier til at studere DS'er, og de kan udledes af reaktionsdiffusion eller hydrodynamiske ligninger. "Det er den enklest mulige model for sådanne fænomener, "Sagde Descalzi.

DS'er er blevet observeret i konvektion af binær væske i biler, optiske systemer som kraftfulde lasere og biologiske fænomener som cellebevægelse. "For nylig, betydningen af ​​lokaliserede dissipative strukturer for korrosionsoverflader i elektrokemi er blevet demonstreret, "Sagde Descalzi.

Kolliderende impulser kan interagere på flere måder, afhængigt af faktorer som pulsudbredelseshastigheden. Ved lavere hastigheder, pulser enten interpenetrerer eller danner bundne tilstande, Descalzi forklarede. Ved højere hastigheder, kolliderende DS'er undergår delvis tilintetgørelse eller, under visse betingelser, eksplodere. "Eksplosioner er uregelmæssige perioder med hurtig vækst, der efterfølges af pludseligt kollaps til den oprindelige profil, "Sagde Descalzi.

I deres undersøgelse, forskerne observerede 10 forskellige typer DS -interaktioner, herunder interpenetration, stationære bundtilstande, oscillerende bundne tilstande, og eksploderende DS'er. Forskerne blev overraskede over at observere eksploderende DS'er, fordi de typer pulser, der kolliderede, ikke var den type, der typisk eksploderer. "Vi observerede, at regelmæssige impulser blev omdannet til eksplosive impulser, "Sagde Descalzi. Et andet uventet resultat var oprettelsen af ​​en oscillerende bunden tilstand med to frekvenser fra to DS'er med en frekvens kolliderende.

Disse resultater omhandler overgangen fra almindelige DS'er til lokaliseret kaotisk adfærd under kollision, og rapportere om tidligere ikke beskrevet kompleks adfærd. Undersøgelsens resultater peger også på mulige fremtidige forskningsveje. Uden for ikke -lineær optik, hvor eksplosive DS'er er blevet observeret, undersøgelser har været begrænset til stationære DS'er. Forfatterne bemærker, at systemer fra ikke -lineære optikstudier kunne ændres til eksperimentelt at studere kollisioner af forskellige DS'er for at teste forudsigelserne i deres undersøgelse.