Ordine e disordine possono sembrare condizioni dicotomiche di un sistema funzionante, eppure entrambi gli stati possono, infatti, esistono simultaneamente e durevolmente all'interno di un sistema di oscillatori, in quello che viene chiamato uno stato di chimera. Prendendo il nome da una creatura composita della mitologia greca, questo stato esotico nasconde ancora molto mistero, ma la sua natura fondamentale offre un potenziale nella comprensione delle dinamiche di governo in molti campi scientifici. Un team di ricerca dell'Università del New Mexico ha recentemente avanzato questa comprensione con un lavoro che sarà pubblicato questa settimana sulla rivista Caos .

"Un sistema di oscillatori" può sembrare oscuro, ma in realtà descrive, in modo molto generale ma fondamentale, tutti i tipi di sistemi fisici.

"Molti sistemi biologici possono essere pensati come popolazioni di oscillatori. Il battito cardiaco è solo cellule cardiache oscillanti su cui si propaga un'onda. E anche i neuroni nel cervello sono oscillatori, e sono stati trattati con questi metodi, "ha detto Karen Blaha, un ricercatore post-dottorato presso l'Università del New Mexico che lavora al progetto. "Ma fare esperimenti su quei sistemi è davvero, davvero difficile. Le cellule possono morire, e se puoi manipolarli in modo da poter misurare i dati, potrebbero non comportarsi come fanno naturalmente."

Per questa ragione, Il gruppo, guidato da Francesco Sorrentino, un professore di ingegneria meccanica presso l'Università del New Mexico, costruito su lavori precedenti fatti per comprendere gli stati della chimera con oscillatori meccanici, in questo caso una raccolta di metronomi, appoggiato su piattaforme accoppiate.

"L'obiettivo finale è che questi sistemi si comportino meglio dei sistemi biologici per i quali speriamo che alla fine possano essere buoni proxy, "Bla ha detto.

Il team ha costruito un sistema di tre piattaforme accoppiate, ciascuno supporta fino a 15 metronomi ticchettio i cui movimenti sono stati tracciati individualmente. Uno stato chimera in questo sistema consisteva in in fase, o sincrono, moto di un sottoinsieme dei metronomi, e moto asincrono degli altri. Variando le caratteristiche del sistema, come la forza di accoppiamento tra le piattaforme o il numero di metronomi, potevano dedurre quali fattori portassero a stati chimerici più perfetti.

Di particolare interesse in questo esperimento era l'effetto che le simmetrie del sistema avevano sull'emergere di stati chimerici. Sorrentino e il suo team hanno guardato, Per esempio, l'effetto di avere la stessa forza di accoppiamento rispetto alle diverse piattaforme esterne alla piattaforma centrale.

"Mette insieme un nuovo ingrediente che rende l'intera cosa più complessa. Fondamentalmente ci stiamo chiedendo come questo tipo di comportamento misto possa verificarsi in sistemi che hanno simmetrie. E il nostro lavoro è sperimentale, quindi vediamo questo stato chimerico in sistemi con simmetrie. , " ha detto Sorrentino.

Oltre a sviluppare un metodo per comprendere meglio questi importanti, sistemi complessi, Sorrentino vede lo sforzo di essere un potente strumento educativo. La scala da tavolo e la natura visiva delle misurazioni e degli effetti offrono agli studenti un coinvolgimento più diretto con i concetti oggetto di indagine.

"È un'esperienza completa per lo studente [e] abbiamo un'ampia paternità, "Sorrentino ha detto evidenziando la collaborazione tra laureandi, studenti laureati e ricercatori senior. "È davvero un lavoro di squadra".

Il lavoro futuro del team eterogeneo indagherà su altre simmetrie, così come fattori variabili come il metodo di accoppiamento. Hanno anche in programma di aggiungere metodi per controllare il sistema e la sincronia. "Stiamo lavorando in più direzioni. Sicuramente le simmetrie sono qualcosa che terremo a mente e cercheremo di generalizzare a situazioni più complesse, " ha detto Sorrentino.