De interactie van lopende golven in dissipatieve systemen, fysieke systemen aangedreven door energiedissipatie, kan onverwachte en soms chaotische resultaten opleveren. Deze golven, bekend als dissipatieve pulsen (DSs), zijn de drijvende kracht achter experimentele studies op verschillende gebieden die te maken hebben met materie- en energiestromen.

In het journaal Chaos , onderzoekers bestudeerden botsingen tussen drie soorten DS's om te bepalen wat er gebeurt wanneer deze lopende golven op elkaar inwerken. "We waren van plan om uit te zoeken of je ruimtelijk gelokaliseerd chaotisch gedrag zou kunnen krijgen door pulsen te laten botsen die regelmatig zijn in ruimte en tijd, " zei Orazio Descalzi, een auteur op papier.

Descalzi en collega Helmut Brand gebruikten twee gekoppelde kubische-quintische complexe Ginzburg-Landiaanse vergelijkingen (CQCGLE's) om botsingen van stationaire en oscillerende DS's met verschillende snelheden te modelleren. CQCGLE's zijn wiskundige vergelijkingen die andere onderzoekers al bijna drie decennia gebruiken om DS's te bestuderen, en ze kunnen worden afgeleid van reactiediffusie of hydrodynamische vergelijkingen. "Het is het eenvoudigst mogelijke model voor dergelijke verschijnselen, ' zei Descalzi.

DS's zijn waargenomen in binaire vloeistofconvectie in auto's, optische systemen zoals krachtige lasers en biologische fenomenen zoals celbewegingen. "Onlangs, het belang van gelokaliseerde dissipatieve structuren voor corrosieoppervlakken in de elektrochemie is aangetoond, ' zei Descalzi.

Botsende pulsen kunnen op verschillende manieren op elkaar inwerken, afhankelijk van factoren zoals de voortplantingssnelheid van de puls. Bij lagere snelheden, pulsen doordringen of vormen gebonden toestanden, Descalzi uitgelegd. Bij hogere snelheden, botsende DS's ondergaan gedeeltelijke vernietiging of, onder bepaalde omstandigheden, ontploffen. "Explosies zijn onregelmatige perioden van snelle groei die worden gevolgd door een plotselinge ineenstorting tot het oorspronkelijke profiel, ' zei Descalzi.

In hun studie hebben de onderzoekers observeerden 10 verschillende soorten DS-interacties, waaronder interpenetratie, stationaire gebonden toestanden, oscillerende gebonden toestanden, en exploderende DS'en. De onderzoekers waren verrast om exploderende DS's te observeren omdat de soorten pulsen die botsen niet het type waren dat typisch exploderen. "We zagen dat regelmatige pulsen werden omgezet in explosieve pulsen, "Zei Descalzi. Een ander onverwacht resultaat was het creëren van een oscillerende gebonden toestand met twee frequenties van twee DS'en waarbij één frequentie botste.

Deze resultaten hebben betrekking op de overgang van reguliere DS's naar gelokaliseerd chaotisch gedrag tijdens botsingen, en rapporteren over voorheen onbeschreven complex gedrag. De bevindingen van de studie wijzen ook op mogelijke toekomstige onderzoeksmogelijkheden. Buiten niet-lineaire optica, waar exploderende DS's zijn waargenomen, studies zijn beperkt tot stationaire DS's. De auteurs merken op dat systemen van niet-lineaire opticastudies kunnen worden aangepast om botsingen van verschillende DS's experimenteel te bestuderen om de voorspellingen in hun studie te testen.