Nel fisico, sistemi biologici e tecnologici, il tempo che i componenti di un sistema impiegano per influenzarsi a vicenda può influenzare la transizione alla sincronizzazione, una scoperta importante che migliora la comprensione di come funzionano questi sistemi, secondo uno studio condotto dalla Georgia State University.

I ricercatori hanno sviluppato formule analitiche che li hanno aiutati a giungere a queste conclusioni. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Rapporti scientifici .

La sincronizzazione è comune in molti sistemi di oscillatori naturali e artificiali, dove una funzione considerevole emerge come risultato di comportamenti cooperativi di molti elementi interagenti nei sistemi. Esempi di sistemi di sincronizzazione includono neuroni nel cervello, cellule del pacemaker cardiaco, grilli che cantano ritmicamente, un applauso del pubblico nelle sale da concerto e laser a semiconduttore. In questi sistemi, elementi interagenti, detti anche oscillatori, hanno i loro ritmi, ma le interazioni possono portare a un ritmo comune. I ritardi di interazione, che sono sempre presenti in ogni sistema reale a causa della velocità finita del movimento dei segnali, tempi di lavorazione e altri fattori, può modificare il ritmo finale. Questo studio esamina come ciò accade.

"La forza dell'interazione e i ritardi temporali possono cambiare il modo in cui la sincronizzazione appare e si sviluppa, " ha detto il dottor Mukesh Dhamala, professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia e l'Istituto di Neuroscienze dello Stato della Georgia. "La storia del sistema fa la differenza nella sincronizzazione. Questo documento esamina gli effetti dei ritardi temporali nella forza di interazione critica necessaria per ottenere la sincronizzazione degli oscillatori accoppiati. Le transizioni di sincronizzazione ci ricordano le transizioni di fase del primo e del secondo ordine comunemente studiate in fisica statistica.

"Questi risultati possono essere utili per dare un senso alle oscillazioni di rete osservate sperimentalmente, Per esempio, le oscillazioni neurali nel cervello in cui il ritardo del tempo di conduzione tra due regioni collegate varia da poche a decine di millisecondi. Una transizione graduale o brusca alla sincronizzazione potrebbe essere utile per distinguere una normale funzione cerebrale (ad es. decisione percettiva) da una disfunzione (ad es. crisi epilettica)."

In questo studio, i ricercatori hanno introdotto ritardi temporali e modificato la forza di accoppiamento tra gli oscillatori per comprendere le transizioni da e verso la sincronizzazione improvvisa. Hanno scoperto che il ritardo temporale non influisce sul punto di transizione per la sincronizzazione improvvisa quando la forza dell'accoppiamento viene ridotta da uno stato sincronizzato, ma il ritardo temporale può spostare il punto di transizione quando la forza dell'accoppiamento viene aumentata da uno stato non sincronizzato.