Um murmúrio de estorninhos. A frase parece algo da literatura ou o título de um filme de arte. Na verdade, destina-se a descrever o fenômeno que resulta quando centenas, às vezes milhares, desses pássaros voam voando, padrões intrinsecamente coordenados através do céu.

Ou em termos mais técnicos, reunindo-se.

Mas os pássaros não são as únicas criaturas que voam. Esse comportamento também ocorre em escala microscópica, como quando as bactérias percorrem as dobras do intestino. No entanto, pássaros ou bactérias, todo agrupamento tem um pré-requisito:a forma da entidade deve ser alongada com uma "cabeça" e uma "cauda" para se alinhar e se mover com os vizinhos em um estado ordenado.

Os físicos estudam o agrupamento para entender melhor a organização dinâmica em várias escalas, frequentemente como uma forma de expandir seus conhecimentos sobre o campo de rápido desenvolvimento da matéria ativa. O caso em questão é uma nova análise por um grupo de físicos teóricos, incluindo Mark Bowick, vice-diretor do Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) da UC Santa Bárbara.

Generalizando o modelo padrão de movimento de flocagem para a superfície curva de uma esfera, em vez do plano linear usual ou espaço tridimensional plano, A equipe de Bowick descobriu que, em vez de se espalhar uniformemente por toda a esfera, os agentes em forma de flechas organizam-se espontaneamente em bandas circulares centradas no equador. As descobertas da equipe aparecem no jornal Revisão Física X .

"Quer se trate de um enxame de bactérias, células vagueando ou 'flechas' que consomem energia voando, esses sistemas compartilham características universais independentes do tamanho preciso e da estrutura dos agentes, bem como de suas interações detalhadas, "disse o autor correspondente Bowick, que está de licença da Syracuse University durante sua função no KITP. "Os estados ordenados desses sistemas nunca são perfeitamente uniformes, então as flutuações na densidade geram som, da mesma forma que os instrumentos de sopro criam música. "

Em superfícies curvas, O time, que inclui o membro geral do KITP Cristina Marchetti e o colega graduado do KITP Suraj Shankar, encontrou modos de som "especiais" que não se dissipam e não fluem em torno de obstáculos. De acordo com Bowick, esses modos especiais correspondem a harmônicos ou tons especiais que não se misturam com todos os outros harmônicos.

Ele também observou que esses modos são especiais precisamente porque a geometria da banda do equador é muito diferente da geometria plana de uma superfície plana. Por exemplo, uma partícula que se move em um anel volta ao seu ponto inicial, embora se mova ao longo de um caminho "reto". Isso não acontece em um avião, onde as entidades continuam para sempre em linha reta, para nunca mais voltar, a menos que encontrem uma borda. Esse recurso é uma consequência direta da topologia muito diferente da esfera e do plano.

"Mesmo que uma esfera em si não tenha borda, os padrões de enxameação têm uma borda - a borda da banda, "Bowick disse." Então, simplesmente por consumir energia localmente, agentes ativos na esfera enxameiam espontaneamente e criam uma borda. "

Os autores também analisaram outra forma curva, uma figura em forma de ampulheta chamada catenóide. Ao contrário de uma esfera para a qual convergem linhas paralelas, a curvatura côncava do catenóide causa a divergência dos paralelos. Esta curvatura oposta empurra as entidades reunidas e ondas sonoras associadas para as bordas superior e inferior da ampulheta, deixando o meio vazio - o oposto do que acontece em uma esfera.

"Só o fato de que esses sistemas se agrupam é bastante notável porque eles geram movimento dinamicamente, "disse Shankar, um estudante de doutorado no programa de matéria mole do departamento de física da Syracuse University. "Mas eles são sistemas muito mais ricos do que esperávamos porque também geram esses modos de som 'protegidos topologicamente'."