Quando un contenitore di olio di silicone o altro liquido simile viene agitato verticalmente a una frequenza regolare, Goccioline di 1 millimetro dello stesso liquido poste sulla superficie del liquido sembrano "camminare" attraverso la superficie a una velocità di circa 1 cm/secondo, spinti dalle loro stesse onde. In un nuovo studio, i fisici hanno scoperto che queste goccioline che camminano possono essere molto più grandi (fino a 2,8 mm di diametro) e più veloci (5 cm/secondo) di quanto osservato in precedenza. Questi "superwalker" mostrano una vasta gamma di comportamenti mai visti prima, compresi nuovi movimenti sincronizzati.

Una delle caratteristiche interessanti dei camminatori è che, mentre i loro movimenti possono essere completamente spiegati dalla meccanica classica, alcuni dei loro comportamenti imitano certi fenomeni quantistici che tipicamente esistono solo su scala atomica. Esempi di tali funzionalità includono il tunneling, orbite quantizzate, e correlazioni tra più goccioline. In un senso, la meccanica delle goccioline potrebbe essere vista come una combinazione di meccanica classica e quantistica, dove coesistono sia il comportamento delle particelle che quello delle onde.

I ricercatori Rahil Valani e Anja Slim della Monash University, e Tapio Simula alla Swinburne University of Technology, hanno pubblicato un articolo sui superwalker in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

"I superwalker aprono un mondo completamente nuovo da esplorare all'interno dell'area di ricerca delle goccioline che camminano che hanno già mostrato comportamenti esotici, "Simula ha detto Phys.org .

Per creare un deambulatore di dimensioni normali, un contenitore di liquido viene agitato verticalmente con frequenza regolare, come 80Hz. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato che quando il liquido è guidato contemporaneamente da due frequenze, ad esempio, 80 Hz e la sua frequenza subarmonica 40 Hz:le goccioline poste sulla superficie diventano supercamminanti. Per creare i superwalker, i ricercatori hanno usato una siringa (per i superwalker più grandi) o hanno rapidamente immerso ed estratto un ago dal liquido (per quelli più piccoli).

A causa delle loro grandi dimensioni, i superwalker hanno una grande inerzia, nel senso che resistono al cambiamento. I Superwalker possono usare la loro inerzia per superare la barriera d'onda che normalmente impedisce ai camminatori di entrare in contatto tra loro. Di conseguenza, questi superwalker possono interagire più fortemente tra loro a causa dei loro campi d'onda sovrapposti. Questa interazione porta a una grande quantità di comportamenti nuovi e interessanti, alcuni dei quali sono mostrati nei video.

Per esempio, i supercamminatori possono legarsi strettamente insieme in coppie o gruppi, separati solo da un sottilissimo strato d'aria. Se hanno dimensioni diverse, si muovono in un percorso circolare, ma se hanno le stesse dimensioni, viaggiano in linea retta.

In altre condizioni, i superwalker si comportano come "cacciatori, "dove i supercamminanti più piccoli inseguiranno quelli più grandi, a volte formando lunghi treni. Altri tempi, i supercamminatori formano "coppie passeggianti, "in cui camminano fianco a fianco, rimbalzando l'uno sull'altro.

A volte i superwalker orbiteranno l'uno intorno all'altro, come stelle binarie, che è qualcosa che fanno anche i camminatori di dimensioni normali. Ma i supercamminatori mostrano la caratteristica innovativa di invertire a intermittenza la loro direzione orbitale se un supercamminante è più grande dell'altro.

Modificando le ampiezze e le frequenze di oscillazione, i ricercatori hanno scoperto altri nuovi comportamenti. Ad esempio, a basse ampiezze di pilotaggio della vibrazione a 40 Hz, i superwalker assumono una configurazione di cristallo. Man mano che l'ampiezza aumenta gradualmente, i superwalker iniziano a tremare, poi perdono la loro struttura cristallina, e infine iniziano a rimbalzare rapidamente l'uno contro l'altro come palle da biliardo. I ricercatori hanno confrontato queste dinamiche con le transizioni di fase solido-liquido-gas, con l'ampiezza che funge da parametro di temperatura.

Quando si desintonizza leggermente la frequenza subarmonica a 39,5 Hz, i ricercatori hanno osservato che i superwalker mostrano un movimento sincrono stop-and-go, in cui tutti camminano in sincronia l'uno con l'altro, e poi fermati allo stesso tempo, e poi camminare di nuovo. I ricercatori spiegano che questo comportamento si verifica perché la differenza di fase che varia continuamente tra le due frequenze fa sì che i supercamminatori cambino avanti e indietro tra i regimi di supercamminata e di rimbalzo.

I ricercatori si aspettano che la ricerca futura rivelerà maggiori informazioni sulle caratteristiche quantistiche dei superwalker.

"Queste goccioline che camminano formano un affascinante sistema dinamico in cui la goccia su ogni rimbalzo crea un'onda intorno a se stessa, e queste onde a loro volta guidano il moto della gocciolina, risultante in un'entità onda-goccia in movimento, " ha detto Valani. "I camminatori hanno dimostrato di imitare diverse caratteristiche quantistiche, e sarà interessante esplorare come si comportano i superwalker in tali esperimenti".

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