Ma secondo un nuovo studio, dal movimento turbolento dei fluidi possono emergere schemi regolari. Ciò di cui hai bisogno è una proprietà interessante chiamata "viscosità dispari" che si verifica in determinate condizioni, ad esempio quando le particelle nel fluido ruotano tutte nella stessa direzione. Sebbene si tratti di una circostanza particolare, esistono molti contesti in natura in cui può esistere una versione di questo effetto, come nella corona del sole e nel vento solare.

"Questo effetto sorprendente può aggiungersi alla crescente gamma di strumenti per controllare e modellare la turbolenza", ha affermato Michel Fruchart, ex ricercatore post-dottorato presso l'Università di Chicago, ora docente presso il Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) francese e co-primo autore dell'articolo. descrivendo i risultati.

Lo studio, frutto di una collaborazione tra l'Università di Chicago, l'Università di Tecnologia di Eindhoven nei Paesi Bassi e il CNRS, è pubblicato su Nature.

Una natura caotica

Nonostante quanto abbiamo imparato sulla fisica classica nei secoli passati, c'è un problema che ancora resiste a una spiegazione completa:il fenomeno noto come turbolenza. Sebbene la turbolenza appaia ogni giorno intorno a noi, dalle nuvole che si agitano nell'atmosfera sopra di noi al sangue che scorre nei nostri vasi, non è ancora ben compresa come altri fenomeni fisici comuni.

"La turbolenza potrebbe essere un luogo comune in natura, ma è ancora solo parzialmente compresa", ha affermato Xander de Wit, co-primo autore della pubblicazione e studente di dottorato presso l'Università di Tecnologia di Eindhoven.

Ciò nonostante il fatto che se potessimo comprendere e controllare la turbolenza, potremmo essere in grado di ottenere molti progressi; forse potremmo progettare ali, motori e turbine eoliche più efficienti, per esempio.

Tuttavia, ci sono cose che gli scienziati sanno sulla turbolenza. Se agiti una bottiglia d'acqua, vedrai formarsi dei vortici. Iniziano all'incirca delle dimensioni della lunghezza della bottiglia; poi i vortici si dividono in vortici più piccoli, e poi ancora in vortici più piccoli, e così via finché i vortici non si dissipano. Questo è noto come cascata. Ma se si fa la stessa cosa ma si confina l'acqua in uno strato sottile, i vortici si uniranno invece per formare un grande vortice:la Grande Macchia Rossa sulla superficie di Giove è un esempio di questo fenomeno, ha detto Fruchart.

Il gruppo di scienziati si è chiesto se fosse possibile creare e trattenere vortici di medie dimensioni:né un grande vortice, né vortici sempre più piccoli.

La risposta è sì, se il tuo fluido presenta una proprietà nota con il termine "viscosità dispari".

La viscosità di solito indica la misura di quanto è difficile mescolare:ad esempio, è più difficile mescolare un barattolo di miele rispetto a un barattolo d'acqua. Nella viscosità normale, il movimento dissipa l'energia che gli hai iniettato mescolando con il cucchiaio. Ma la “viscosità dispari” cambia il modo in cui gli oggetti si muovono ma non dissipa energia. È stato osservato in alcune rare condizioni in laboratorio.

I ricercatori hanno costruito una simulazione in cui le particelle mostravano una strana viscosità, in questo caso facendo ruotare tutte le particelle del fluido come trottole. Quindi, modificando i parametri, come la velocità con cui le particelle ruoterebbero, i ricercatori hanno trovato una sorpresa. Ad un certo punto, hanno cominciato a vedere schemi invece di vortici casuali.

"Il trucco, abbiamo scoperto, è creare una cascata mista, dove i vortici grandi tendono a dividersi e i vortici piccoli tendono a fondersi", ha detto Fruchart. "Se ottieni il giusto equilibrio, vedrai che si formano degli schemi."

"Quando abbiamo visto questi effetti per la prima volta, non abbiamo capito appieno cosa stavamo guardando, ma si poteva dire che c'era qualcosa di diverso anche ad occhio nudo", ha detto Tali Khain, coautrice dello studio e dottoranda all'UChicago. "Abbiamo dovuto sviluppare una teoria per spiegarlo, ed è stato davvero emozionante."

Sebbene non tutte le particelle nei fluidi ruotino come trottole, ci sono esempi in natura. Ad esempio, gli elettroni o i gas poliatomici in un campo magnetico si comportano in questo modo.

"Oltre al sole e al vento solare, ci sono diversi contesti in cui può esistere una versione di questo effetto, inclusi i flussi atmosferici, i plasmi e la materia attiva", ha affermato il prof. Vincenzo Vitelli dell'Università di Chicago, uno degli autori senior dell'articolo. /P>

Mentre gli scienziati lavorano per sviluppare una comprensione più completa delle loro scoperte, sperano che ciò porti a una migliore comprensione dell'interazione tra vortici e onde nei flussi turbolenti.

"Siamo solo all'inizio", ha detto Vitelli, "ma sono affascinato dall'idea che si possa prendere uno stato turbolento che è l'epitome del caos, e usarlo per creare modelli, cioè un profondo cambiamento apportato solo da un torsione su scala più piccola."