Ordem e desordem podem parecer condições dicotômicas de um sistema em funcionamento, ainda assim, ambos os estados podem, na verdade, existem simultaneamente e de forma duradoura dentro de um sistema de osciladores, no que é chamado de estado quimera. Levando o nome de uma criatura composta na mitologia grega, este estado exótico ainda guarda muito mistério, mas sua natureza fundamental oferece potencial para a compreensão da dinâmica governante em muitos campos científicos. Uma equipe de pesquisa da Universidade do Novo México recentemente avançou esse entendimento com um trabalho que será publicado esta semana na revista. Caos .

"Um sistema de osciladores" pode parecer obscuro, mas na verdade descreve, de uma forma muito geral, mas fundamental, todos os tipos de sistemas físicos.

"Muitos sistemas biológicos podem ser considerados como populações de osciladores. O batimento cardíaco é apenas células cardíacas oscilantes nas quais uma onda se propaga. E os neurônios no cérebro também são osciladores, e foram tratados com esses métodos, "disse Karen Blaha, um pesquisador de pós-doutorado na Universidade do Novo México trabalhando no projeto. "Mas fazer experimentos nesses sistemas é realmente, muito difícil. As células podem morrer, e se você pode manipulá-los de uma forma que possa medir os dados, eles podem não se comportar como se comportam naturalmente. "

Por esta razão, O time, liderado por Francesco Sorrentino, um professor de engenharia mecânica da Universidade do Novo México, construído sobre o trabalho anterior feito para entender os estados quimera com osciladores mecânicos, neste caso, uma coleção de metrônomos, descansando em plataformas acopladas.

"O objetivo final é que esses sistemas se comportem melhor do que os sistemas biológicos para os quais esperamos que eventualmente sejam bons substitutos, "Blaha disse.

A equipe construiu um sistema de três plataformas acopladas, cada um suportando até 15 metrônomos de tique-taque cujos movimentos foram rastreados individualmente. Um estado quimera neste sistema consistia em fase, ou síncrono, movimento de um subconjunto dos metrônomos, e movimento assíncrono dos outros. Por várias características do sistema, como a força de acoplamento entre as plataformas ou o número de metrônomos, eles poderiam deduzir quais fatores levaram a estados quiméricos mais perfeitos.

De particular interesse neste experimento foi o efeito que as simetrias do sistema tiveram no surgimento de estados quiméricos. Sorrentino e sua equipe analisaram, por exemplo, o efeito de ter as mesmas resistências de acoplamento versus diferentes das plataformas externas para a plataforma central.

"Ele reúne um novo ingrediente que torna tudo mais complexo. Basicamente, estamos nos perguntando como esse tipo de comportamento misto pode ocorrer em sistemas que têm simetrias. E nosso trabalho é experimental, então vemos esse estado quimera em sistemas com simetrias , "Sorrentino disse.

Além de desenvolver um método para melhor compreender esses importantes, sistemas complexos, Sorrentino vê o esforço como uma ferramenta educacional poderosa. A escala de mesa e a natureza visual das medições e efeitos oferecem aos alunos um envolvimento mais direto com os conceitos que estão sendo investigados.

“É uma experiência completa para o aluno [e] temos uma ampla autoria, "Sorrentino disse, destacando a colaboração entre alunos de graduação, alunos de pós-graduação e pesquisadores seniores. "É realmente um esforço de equipe."

O trabalho futuro da equipe diversificada investigará outras simetrias, bem como fatores variáveis, como método de acoplamento. Eles também planejam adicionar métodos de controle do sistema e da sincronia. “Estamos trabalhando em várias direções. Definitivamente, as simetrias são algo que teremos em mente e tentaremos generalizar para situações mais complexas, "Sorrentino disse.