Ny indsigt i brudte symmetrier:Anvendelse af Lorentz reciproke sætning på væsker med ulige viskositeter

Lorentz reciproke sætning kan nu anvendes på væsker med brudte symmetrier. Forskere ved Max Planck-instituttet for dynamik og selvorganisering (MPI-DS) i Göttingen har fundet en måde, hvorpå de også kan rumme denne klassiske teorem i væsker med ulige viskositeter. Deres opdagelse åbner en ny måde at udforske systemer med brudte symmetrier på.

Symmetrier er grundlæggende for fysik. Generelt betragtes en fysisk proces som symmetrisk, hvis den ser identisk ud, når den ses som et spejlbillede, eller når tiden vendes om. I hydrodynamik er en konsekvens, at flowet omkring et objekt i bevægelse er det samme, som hvis bevægelsesretningen er vendt. Invariansen af ​​strømningsstrømlinjerne får kraften på objektet til at forblive uændret under bevægelsesvending. Dette er beskrevet af Lorentz gensidige teorem, som gør det muligt for forskere at løse selv komplekse væskedynamiske problemer.

Nogle systemer viser dog brudte symmetrier, hvilket resulterer i en såkaldt ulige viskositet af væsken. Her kunne Lorentz-sætningen ikke anvendes. Forskerne Yuto Hosaka, Ramin Golestanian og Andrej Vilfan fra Department of Living Matter Physics ved MPI-DS har nu fået ny indsigt i sådanne systemer med brudte symmetrier. Deres papir er offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters .

"Vi fandt en måde at udvide teoremet til ulige viskositet uden overtrædelse," rapporterer Yuto Hosaka, førsteforfatter af undersøgelsen. "Vores generalisering giver mulighed for en bred vifte af analytiske beregninger for væsker, herunder selvkørende mikroorganismer i levende systemer."

Forskerne brugte deres nye indsigt til at analysere adfærden hos forskellige mikrosvømmere. Takket være deres generalisering kan Lorentz-sætningen knytte mikrosvømmeres opførsel til ikke-bevægelige objekter med samme geometri i ulige viskositeter.

Alligevel er denne applikation ikke begrænset til mikrosvømmernes hydrodynamik. "Da relaterede gensidige teoremer eksisterer inden for en lang række fysiske områder, giver vores arbejde forskere et nyt værktøj til at udforske systemerne med brudte symmetrier," konkluderer Hosaka.

Flere oplysninger: Yuto Hosaka et al., Lorentz Reciprocal Theorem in Fluids with Odd Viscosity, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.178303

Journaloplysninger: Physical Review Letters

Leveret af Max Planck Society