L'interazione delle onde viaggianti nei sistemi dissipativi, sistemi fisici guidati dalla dissipazione di energia, può produrre risultati inaspettati e talvolta caotici. Queste onde, noti come impulsi dissipativi (DS), stanno guidando studi sperimentali in una varietà di aree che coinvolgono flussi di materia ed energia.

Nel diario Caos , i ricercatori hanno studiato le collisioni tra tre tipi di DS per determinare cosa succede quando queste onde viaggianti interagiscono. "Volevamo scoprire se si potesse ottenere un comportamento caotico localizzato nello spazio facendo scontrare impulsi regolari nello spazio e nel tempo, " disse Orazio Descalzi, un autore sulla carta.

Descalzi e il collega Helmut Brand hanno utilizzato due equazioni di Ginzburg-Landian complesse cubico-quintiche accoppiate (CQCGLE) per modellare le collisioni di DS stazionari e oscillanti a velocità diverse. I CQCGLE sono equazioni matematiche che altri ricercatori hanno usato per quasi tre decenni per studiare i DS, e possono essere derivati ​​dalla diffusione della reazione o dalle equazioni idrodinamiche. "È il modello più semplice possibile per tali fenomeni, " ha detto Descalzi.

I DS sono stati osservati nella convezione binaria di fluidi nelle automobili, sistemi ottici come laser ad alta potenza e fenomeni biologici come il movimento cellulare. "Recentemente, è stata dimostrata l'importanza delle strutture dissipative localizzate per le superfici di corrosione in elettrochimica, " ha detto Descalzi.

Gli impulsi in collisione possono interagire in diversi modi, a seconda di fattori come la velocità di propagazione dell'impulso. A velocità inferiori, gli impulsi si compenetrano o formano stati legati, Descalzi ha spiegato. A velocità più elevate, i DS in collisione subiscono un annientamento parziale o, a determinate condizioni, esplodere. "Le esplosioni sono periodi irregolari di rapida crescita seguiti da un crollo improvviso del profilo iniziale, " ha detto Descalzi.

Nel loro studio, i ricercatori hanno osservato 10 diversi tipi di interazioni DS tra cui compenetrazione, stati vincolati stazionari, stati legati oscillanti, e DS esplosivi. I ricercatori sono rimasti sorpresi nell'osservare l'esplosione di DS perché i tipi di impulsi che si scontrano non erano del tipo che tipicamente esplodono. "Abbiamo osservato che gli impulsi regolari sono stati trasformati in impulsi esplosivi, " Ha detto Descalzi. Un altro risultato inaspettato è stata la creazione di uno stato legato oscillante con due frequenze da due DS con una frequenza in collisione.

Questi risultati riguardano la transizione dai normali DS al comportamento caotico localizzato durante la collisione, e riferire su comportamenti complessi precedentemente non descritti. I risultati dello studio indicano anche possibili strade di ricerca future. Al di fuori dell'ottica non lineare, dove sono stati osservati DS esplosivi, gli studi sono stati limitati a DS stazionari. Gli autori notano che i sistemi di studi di ottica non lineare potrebbero essere modificati per studiare sperimentalmente le collisioni di vari DS per testare le previsioni nel loro studio.