Πρώτη πειραματική επίδειξη σολιτονικού αερίου παρέχει μια πειραματική πλατφόρμα για δύσκολες μελλοντικές έρευνες

Τα σολιτόνια δεν είναι τυπικά κύματα. Ενώ τα περισσότερα κύματα διασκορπίζονται σαν πτυχώσεις σε μια λίμνη, τα σολιτόνια διατηρούν το σχήμα τους και δρουν περισσότερο σαν σωματίδια. Τα μονήρη σολιτόνια είναι καλά κατανοήσιμα, όμως λίγα είναι γνωστά σχετικά με τη συμπεριφορά στον πραγματικό κόσμο ενός συνόλου σολιτονίων – γνωστού ως σολιτονικό αέριο – λόγω έλλειψης πειραματικών δεδομένων. Τώρα, ο Nicolas Mordant του Πανεπιστημίου των Άλπεων στη Grenoble, στη Γαλλία και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν ένα δοχείο με νερό για να υλοποιήσουν ένα σολιτονικό αέριο, βρίσκοντας ότι η συμπεριφορά του ταιριάζει με τις αριθμητικές προσομοιώσεις. Η εργασία παρέχει την πρώτη πειραματική απόδειξη ενός σολιτονικού αερίου, ένα φαινόμενο που θα μπορούσε δυνητικά εμφανίζεται σε περιβάλλοντα από πλάσμα μέχρι οπτικές ίνες.

Για να δημιουργήσουν το σολιτονικό τους αέριο, ο Mordant και οι συνεργάτες του δημιούργησαν κύματα σε ρηχό νερό σε ένα δοχείο κυμάτων μήκους 34 μέτρων. Στο ρηχό νερό, μεμονωμένα κύματα είναι γνωστό ότι συμπεριφέρονται σαν μονήρη σολιτόνια. Οδηγώντας ένα έμβολο στο ένα άκρο του δοχείου έτσι που να χορηγεί μια σταθερή συνεχόμενη σειρά κυμάτων με καλά καθορισμένο σχήμα, η ομάδα δημιούργησε ένα σύνολο σολιτονίων που αναπηδούσαν πίσω και μπρος στο δοχείο. Οι μετρήσεις των υψών του κύματος αποκάλυψε ένα εξαιρετικό ταίριασμα με αυτά που προβλέπονταν από τη θεωρία και από τις αριθμητικές προσομοιώσεις.

Η ομάδα αναφέρει ότι αυτή η διάταξη είναι ένα καλό εργαλείο για την διερεύνηση «ολοκληρώσιμων εξισώσεων κύματος», εκείνων στις οποίες η δυναμική προσδιορίζεται πλήρως από τις αρχικές συνθήκες. Το μαθηματικό αυτό πλαίσιο – στο οποίο τα σολιτόνια είναι μια λύση – χρησιμοποιείται για να λύσει προβλήματα στη μη-γραμμική οπτική, στη φυσική του πλάσματος, στην ωκεανογραφία και στη συμπυκνωμένη ύλη. Όμως δεν είναι ποτέ καθαρό εάν αυτό το ιδεατό πλαίσιο θα άντεχε απέναντι στα πειράματα, όπου φαινόμενα τριβής όπως το ιξώδες θα μπορούσαν δυνητικά να προκαλέσουν στα σολιτόνια διάσπαση με το χρόνο.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Experimental Evidence of a Hydrodynamic Soliton Gas. Physical Review Letters.