Os pesquisadores da Northwestern University acrescentaram uma nova dimensão à importância da diversidade.

Pela primeira vez, físicos demonstraram experimentalmente que certos sistemas com entidades interagindo podem sincronizar somente se as entidades dentro do sistema forem diferentes umas das outras.

Essa descoberta oferece uma nova reviravolta na compreensão anterior de como o comportamento coletivo encontrado na natureza - como vaga-lumes piscando em uníssono ou células marcapasso trabalhando juntas para gerar um batimento cardíaco - pode surgir mesmo quando os insetos ou células individuais são diferentes.

Adilson Motter da Northwestern, quem liderou a pesquisa, explicou que entidades idênticas naturalmente se comportam de forma idêntica - até que comecem a interagir.

"Quando entidades idênticas interagem, muitas vezes se comportam de maneira diferente um do outro, "disse Motter, que é professor de física no Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. "Mas identificamos cenários nos quais as entidades se comportam de forma idêntica novamente se você torná-las adequadamente diferentes umas das outras."

Esta descoberta pode ajudar os pesquisadores a otimizar sistemas feitos pelo homem, como a rede elétrica, em que muitas partes devem permanecer sincronizadas enquanto interagem umas com as outras. Também pode informar potencialmente como grupos de humanos, como júris, pode coordenar para chegar a um consenso.

A pesquisa será publicada na segunda-feira, 20 de janeiro no jornal Física da Natureza . Motter foi co-autor do artigo com Takashi Nishikawa e Ferenc Molnar da Northwestern, um ex-pesquisador de pós-doutorado na Northwestern que agora está na Universidade de Notre Dame.

Este trabalho expande o artigo de Nishikawa e Motter de 2016, que teoricamente previu o fenômeno.

"É interessante que os sistemas precisam ser assimétricos para exibir simetria comportamental, "disse Nishikawa, um professor pesquisador de física em Weinberg. "Isso é matematicamente notável, muito menos fisicamente. Então, muitos colegas pensaram que era impossível demonstrar experimentalmente esse efeito. "

Motter e seus colaboradores tornaram possível o aparentemente impossível usando três geradores elétricos idênticos. Cada gerador oscilava a uma frequência de exatamente 100 ciclos por segundo. Quando separados, os geradores idênticos se comportaram de forma idêntica.

Quando conectado para formar um triângulo, suas frequências divergiam - mas apenas até que os geradores fossem devidamente incompatíveis para ter diferentes dissipações de energia. Nesse ponto, eles sincronizaram novamente.

"Isso pode ser visualizado colocando uma pequena lâmpada entre cada par de geradores, "Molnar explicou." Quando os geradores são idênticos, a lâmpada pisca, o que significa que os geradores não estão sincronizados. Mas quando a dissipação dos geradores é ajustada para níveis diferentes, a parada oscilante, indicando que as tensões do gerador estão oscilando em sincronia. "

Os pesquisadores apelidaram este fenômeno de "quebra de simetria inversa" porque representa o oposto do fenômeno anteriormente conhecido de quebra de simetria, que fundamenta a supercondutividade, o mecanismo de Higgs e até a aparência de listras de zebra.

Na quebra de simetria, as equações dinâmicas têm uma simetria que não é observada no comportamento do sistema, enquanto a quebra de simetria inversa diz respeito a situações nas quais o comportamento do sistema tem uma dada simetria apenas quando essa simetria é evitada nas equações dinâmicas.

"Pode parecer contra-intuitivo, "Motter disse." Mas nossa teoria prevê que isso é verdade em muitos sistemas, não apenas eletromecânicos. "

A equipe de Motter planeja explorar as implicações de suas descobertas nas redes sociais, sistemas tecnológicos e biológicos. Em particular, a equipe está trabalhando ativamente no projeto de uma rede elétrica mais estável, permitindo a incorporação de uma parcela cada vez maior de energia proveniente de fontes renováveis.