Araştırmacılar topolojik su dalgası yapılarının teorik bir tanımını sağlıyor

Topolojik dalga yapıları, belirli topolojik özellikler sergileyen dalga desenleridir veya başka bir deyişle, fiziksel sistemin düzgün deformasyonları altında değişmeden kalan özelliklerdir. Girdaplar ve skyrmionlar gibi bu yapılar fizik araştırma camiasında büyük ilgi görmüştür.

Fizikçiler çeşitli dalga sistemlerindeki topolojik dalga yapılarına odaklanan kapsamlı çalışmalar yürütürken, en klasik örneğin keşfedilmeden kalması şaşırtıcıdır. Bunlar, suyun veya diğer sıvıların yüzeyi üzerinde yayılan su dalgaları, salınımları veya bozukluklarıdır.

RIKEN Enstitüsü'ndeki araştırmacılar yakın zamanda su dalgalarının çeşitli topolojik yapılarının tanımını sağlayarak literatürdeki bu boşluğu doldurmaya başladılar. Onlar kağıtyayınlanan Fiziksel inceleme mektuplarıTopolojik dalga olgusunu simüle etmeyi amaçlayan gelecekteki deneylere bilgi verebilecek teorik bir çerçeve sağlar.

Makalenin ortak yazarı Konstantin Plyukh Phys.org'a şöyle konuştu: “Neredeyse 20 yıldır dalga girdapları, skyrmionlar vb. gibi topolojik açıdan önemsiz olmayan dalga yapıları üzerinde çalışıyorum.” “İlk önce optik (elektromanyetik) alanlara, ardından kuantum elektron dalgalarına ve daha yakın zamanda ses dalgası alanlarına odaklandım. Bu tür topolojik yapıların, klasik dalgaların en belirgin türü olan su için sistematik olarak incelenmediğini ancak yakın zamanda fark ettim. dalgalar.”

Pleuch ve işbirlikçileri makalelerinde dört farklı topolojik dalga yapısının teorik bir tanımını sunuyorlar. Bunlar arasında yörüngesel ve dönme katkılarıyla kuantum açısal momentum taşıyan su dalgası girdapları, su yüzeyinde oluşan Skyrmion ve Meron kafesleri ve uzay-zamansal su dalgası girdapları ve skyrmionlar yer alır.

Pleuch, “Ana dalga fenomeni, farklı dalga denklemleri arasındaki matematiksel benzerlik nedeniyle, klasik ve kuantum gibi farklı doğadaki dalgalar için evrensel bir karaktere sahiptir” diye açıkladı. “Bizim durumumuzda, daha önce elektromanyetik, akustik ve kuantum mekaniksel dalga denklemleri üzerinde geliştirilen analizi, su yüzeyindeki doğrusal dalgaları (hem yerçekimi hem de kılcal) tanımlayan denklemlere uygulamak zorunda kaldık.”

Bu araştırmacı ekibinin son çalışmaları, klasik su dalgalarının ilginç fiziksel özelliklere sahip, topolojik açıdan önemsiz olmayan yapılar sergileyebildiğini gösteriyor. Makalelerinde açıklanan bu yapıların teorik açıklamaları, akışkanlar mekaniğine odaklanan gelecekteki çalışmalara ve deneysel çalışmalara ışık tutabilir.

Pleuch, “Geçtiğimiz yıllarda dalga girdapları optik, akustik ve kuantum sistemlerde birçok uygulama buldu” dedi. “Doğal olarak bunun hidrodinamik sistemlerde de meydana gelmesini bekliyoruz. Özellikle, su dalgası girdaplarının dinamik özelliklerinin, biyomedikal nesneler de dahil olmak üzere küçük moleküllerin mikroakışkan manipülasyonu için kullanılabileceğini bekliyoruz.”

Akışkanlar mekaniğini araştıran yeni araştırmaların önünü açmanın yanı sıra, bu yeni makale, su dalgalarının, kuantum sistemleri gibi diğer dalga sistemlerinde gözlemlenmesi zor olan karmaşık dalga olaylarını modellemek için güçlü bir araç olabileceğini göstermektedir. Pleuch ve meslektaşları şimdi teorik olarak tanımladıkları yapıları laboratuvar ortamında gözlemlemeye çalışacaklar.

Pleuch, “Sonraki çalışmalarımızda, çalışmamızda teorik olarak anlatılan su dalgası yapılarını (girdaplar, bulutlar vb.) deneysel olarak gözlemlemeyi planlıyoruz” diye ekledi. “Bu hedefe doğru zaten iyi bir ilerleme kaydettik.”