Un mormorio di storni. La frase sembra presa dalla letteratura o dal titolo di un film d'autore. Infatti, ha lo scopo di descrivere il fenomeno che si verifica quando centinaia, a volte migliaia, di questi uccelli volano in picchiata, modelli intricati coordinati attraverso il cielo.

O in termini più tecnici, affollamento.

Ma gli uccelli non sono le uniche creature che affollano. Tale comportamento avviene anche su scala microscopica, come quando i batteri vagano per le pieghe dell'intestino. Eppure uccelli o batteri, tutto il floccaggio ha un prerequisito:la forma dell'entità deve essere allungata con una "testa" e una "coda" per allinearsi e muoversi con i vicini in uno stato ordinato.

I fisici studiano il floccaggio per comprendere meglio l'organizzazione dinamica a varie scale, spesso come un modo per ampliare la loro conoscenza del campo in rapido sviluppo della materia attiva. Caso in questione è una nuova analisi di un gruppo di fisici teorici, compreso Mark Bowick, vicedirettore del Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) dell'UC Santa Barbara.

Generalizzando il modello standard del movimento floccato sulla superficie curva di una sfera piuttosto che sul solito piano lineare o spazio tridimensionale piatto, Il team di Bowick ha scoperto che invece di diffondersi uniformemente su tutta la sfera, gli agenti a forma di freccia si ordinano spontaneamente in bande circolari centrate sull'equatore. I risultati del team appaiono nel diario Revisione fisica X .

"Che si tratti di batteri che sciamano, celle in roaming o "frecce" che consumano energia in volo, questi sistemi condividono caratteristiche universali indipendenti dalle dimensioni e dalla struttura precise degli agenti, nonché dalle loro interazioni dettagliate, " ha detto l'autore corrispondente Bowick, che è in congedo dalla Syracuse University mentre ricopre il suo ruolo in KITP. "Gli stati ordinati di questi sistemi non sono mai perfettamente uniformi, così le fluttuazioni di densità generano il suono, allo stesso modo in cui gli strumenti a fiato creano musica."

Su superfici curve, Il gruppo, che include il membro generale del KITP Cristina Marchetti e il collega laureato KITP Suraj Shankar, trovato modalità sonore "speciali" che non si dissipano e non scorrono intorno agli ostacoli. Secondo Bowick, questi modi speciali corrispondono ad armoniche o toni speciali che non si mescolano con tutte le altre armoniche.

Ha anche notato che queste modalità sono speciali proprio perché la geometria delle bande dell'equatore è molto diversa dalla geometria planare di una superficie piana. Per esempio, una particella che si muove su un anello ritorna al punto di partenza anche se si muove lungo un percorso "retto". Questo non succede in aereo, dove le entità continuano per sempre in linea retta, non tornare mai più, a meno che non incontrino un limite. Questa caratteristica è una diretta conseguenza della diversa topologia della sfera e del piano.

"Anche se una sfera stessa non ha bordi, i motivi a sciame hanno un bordo:il bordo della fascia, " Bowick ha detto. "Quindi semplicemente consumando energia localmente, gli agenti attivi sulla sfera sciamano spontaneamente e creano un vantaggio."

Gli autori hanno anche analizzato un'altra forma curva, una figura a forma di clessidra chiamata catenoide. A differenza di una sfera su cui convergono rette parallele, la curvatura concava della catenoide fa divergere i paralleli. Questa curvatura opposta spinge le entità floccate e le onde sonore associate ai bordi superiore e inferiore della clessidra, lasciando nudo il centro, l'opposto di ciò che accade su una sfera.

"Solo il fatto che questi sistemi si accalcano è piuttosto notevole perché generano dinamicamente movimento, " disse Shankar, uno studente di dottorato nel programma soft matter nel dipartimento di fisica della Syracuse University. "Ma sono sistemi molto più ricchi di quanto ci aspettassimo perché generano anche queste modalità sonore 'topologicamente protette'".