Há uma avalanche estrutural esperando dentro daquela caixa de Rice Krispies na prateleira do supermercado. Os pesquisadores da Cornell estão agora mais perto de entender como essas estruturas se comportam - e, em alguns casos, se comportar de maneira incomum.

Os pesquisadores, liderado por James Sethna, professor de física na Faculdade de Artes e Ciências, pela primeira vez, apresentou um modelo para o ruído crepitante em duas dimensões. Seu papel, "Unusual Scaling for Two-Dimensional Avalanches:Curing the Faceting and Scaling in the Lower Critical Dimension, "foi publicado em 30 de outubro em Pesquisa de revisão física . O autor principal do artigo foi Lorien X. Hayden, EM. '15, Ph.D. 19, e o co-autor foi Archishman Raju, EM. '16, Ph.D. '18.

O leite entra no Rice Krispies por meio de um processo conhecido como "invasão de fluidos, "que é semelhante ao método da indústria do petróleo de bombear água pressurizada em arenito poroso para expulsar o óleo. O ruído resultante - o famoso" estalo do cereal, estalar e estalar "- é um tipo de pequena" avalanche "que indica uma explosão de leite invadindo os poros do arroz tufado. Cada avalanche é essencialmente composta de versões em escala menor de si mesma, uma proporcionalidade moldada pela distribuição da "lei de potência". O barulho de estalidos também descreve terremotos, ímãs e muitos outros sistemas.

"Nós sabemos como lidar com o dimensionamento da lei de potência, "disse Sethna, o autor sênior do artigo, "mas reconhecemos que existem muitos problemas de física interessantes em que a escala da lei de potência não funciona. Mas ainda parece fractal no sentido de que, quando você aumenta as coisas, você vê algo que parece o mesmo. "

Os pesquisadores já modelaram o ruído crepitante em três, quatro e cinco dimensões por meio de um processo chamado dimensionamento de Widom - uma forma de explicar as anomalias de ponto crítico que foi desenvolvida por Benjamin Widom, professor emérito de química e biologia química. O ponto crítico é o momento em que um sistema ou forma de matéria faz a transição para uma nova fase.

Esses momentos são frequentemente marcados por um comportamento incomum, onde as leis de potência parecem não se aplicar.

"Passei 20 anos intrigado sobre como analisar este modelo muito simples em duas dimensões, "Sethna disse." Eu posso simular isso, mas não consegui escalar o Widom. Eu não conseguia descobrir as coisas que substituíram a lei de potência. E isso me irritou. Então comecei a olhar para outros problemas, Problemas de 50 anos, e ninguém os tinha feito, qualquer."

A solução de Sethna foi recorrer ao trabalho de outro inovador Cornellian, o falecido físico Kenneth G. Wilson, cujo trabalho em campos quânticos com um esquema matemático chamado grupo de renormalização expandiu a pesquisa de Widom e ganhou a Wilson o Prêmio Nobel de Física em 1982.

"Ken Wilson estava interessado em entender o comportamento dos materiais à medida que eles passavam por pontos críticos, à medida que mudam seu comportamento de forma qualitativa, "Sethna disse." Nós descobrimos como escalar Widom para sistemas para os quais o método de Widom não funciona, usando uma análise mais elaborada das previsões do grupo de renormalização de Ken Wilson. "

Ao amarrar várias vertentes dos métodos matemáticos desenvolvidos por Cornell, os pesquisadores resolveram um problema de décadas com uma nova abordagem teórica e métodos de simulação, dando um passo importante para uma compreensão mais completa de como avalanches e estalos se comportam perto de pontos críticos.

Rice Krispies pode nunca olhar, ou som, o mesmo novamente.

"Temos sido aleijados, Eu penso, pelo fato de que não entendemos realmente, para muitos casos, a natureza exata de como as transições estão acontecendo, "Sethna disse." E pela primeira vez, nós realmente resolvemos isso. Pelo menos muito disso. "