C'è una valanga strutturale in attesa dentro quella scatola di Rice Krispies sullo scaffale del supermercato. I ricercatori di Cornell sono ora più vicini a capire come si comportano quelle strutture e, in alcuni casi, comportarsi in modo insolito.

I ricercatori, guidato da James Sethna, professore di fisica al College of Arts and Sciences, hanno reso per la prima volta un modello per il crepitio in due dimensioni. La loro carta, "Ridimensionamento insolito per valanghe bidimensionali:curare la sfaccettatura e il ridimensionamento nella dimensione critica inferiore, " è stato pubblicato il 30 ottobre in Ricerca sulla revisione fisica . L'autore principale del documento era Lorien X. Hayden, SM. '15, dottorato di ricerca '19, e co-autore era Archishman Raju, SM. '16, dottorato di ricerca '18.

Il latte entra nei Rice Krispies attraverso un processo noto come "invasione di fluidi, " che è simile al metodo dell'industria petrolifera di pompare acqua pressurizzata in arenaria porosa per espellere il petrolio. Il rumore risultante—il famoso "scatto" del cereale crackle and pop"—è un tipo di minuscola "valanga" che indica uno scoppio di latte che invade i pori del riso soffiato. Ogni valanga è essenzialmente composta da versioni in scala ridotta di se stessa, una proporzionalità modellata dalla distribuzione della "legge di potere". Il crepitio descrive anche i terremoti, magneti e molti altri sistemi.

"Sappiamo come affrontare il ridimensionamento della legge sul potere, " disse Sethna, l'autore senior del documento, "ma abbiamo riconosciuto che ci sono molti problemi di fisica interessanti in cui il ridimensionamento della legge di potenza non funziona. Ma sembra ancora frattale, nel senso che quando ingrandisci le cose, vedi qualcosa che sembra lo stesso."

I ricercatori hanno precedentemente modellato il rumore scoppiettante in tre, quattro e cinque dimensioni attraverso un processo chiamato Widom scaling, un modo per tenere conto delle anomalie dei punti critici sviluppato da Benjamin Widom, professore emerito di chimica e biologia chimica. Il punto critico è il momento in cui un sistema o una forma di materia passa a una nuova fase.

Questi momenti sono spesso contrassegnati da comportamenti insoliti, dove le leggi sul potere non sembrano essere applicabili.

"Ho passato 20 anni a chiedermi come analizzare questo modello molto semplice in due dimensioni, " Disse Sethna. "Posso simularlo, ma non ho potuto fare il ridimensionamento Widom. Non riuscivo a capire le cose che hanno sostituito la legge sul potere. E mi ha irritato. Così ho iniziato a guardare altri problemi, problemi di 50 anni, e nessuno le aveva fatte, o."

La soluzione di Sethna fu quella di rivolgersi al lavoro di un altro rivoluzionario Cornelliano, il defunto fisico Kenneth G. Wilson, il cui lavoro sui campi quantistici con uno schema matematico chiamato gruppo di rinormalizzazione ha ampliato la ricerca di Widom e ha vinto il premio Nobel per la fisica a Wilson nel 1982.

"Ken Wilson era interessato a comprendere il comportamento dei materiali mentre attraversavano punti critici, mentre cambiano il loro comportamento in modo qualitativo, " Disse Sethna. "Abbiamo scoperto come eseguire il ridimensionamento Widom per i sistemi per i quali il metodo Widom non funziona, utilizzando un'analisi più elaborata delle previsioni del gruppo di rinormalizzazione di Ken Wilson."

Legando insieme diversi filoni dei metodi matematici coltivati ​​da Cornell, i ricercatori hanno risolto un problema vecchio di decenni con un nuovo approccio teorico e metodi di simulazione, compiere un passo importante verso una più completa comprensione di come si comportano le valanghe e il crepitio in prossimità dei punti critici.

I Rice Krispies potrebbero non sembrare mai, o suono, lo stesso di nuovo.

"Siamo stati storpi, Penso, dal fatto che non abbiamo veramente capito, per molti casi, l'esatta natura di come stanno avvenendo le transizioni, " Disse Sethna. "E per la prima volta, l'abbiamo davvero risolto. Almeno gran parte di esso."