Inom fysiken, Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou (FPUT) -problemet-som visade att vissa olinjära system inte sprider sin energi, utan snarare återvända till sina ursprungliga upphetsade tillstånd - har varit en utmaning som forskare har tacklat flera gånger sedan 1955.

Utmaningen inom FPUT -problemet var att forskarna förväntade sig att systemet skulle uppnå ett avslappnat tillstånd, möjligen jämvikt, men istället slappnade det aldrig av.

Många papper har minskat fokus för problemet, att finna att svaga olinjära system kan nå en typ av jämvikt. Men frågan om starkt olinjära system som når full jämvikt har förblivit ett mysterium.

Nu, en upptäckt av ett internationellt team av forskare, publicerades i mars i tidningen Fysisk granskning E , har funnit att ett sådant system kan nå jämvikt, förutsatt att vissa villkor är uppfyllda.

"Det är en stor grej, "sa Surajit Sen, Doktorsexamen, en fysikprofessor vid universitetet vid Buffalo College of Arts and Sciences och medförfattare till uppsatsen, "för på ett mycket invecklat sätt, det bekräftar vad [Enrico] Fermi trodde troligen skulle hända. "

Sen har studerat ensamma vågor, genereras i en kedja av fasta sfärer - eller korn - som hålls mellan stationära väggar, i mer än två decennier. År 2000, han upptäckte hur sådana vågor kan bryta in i mindre "baby" ensamma vågor. Ytterligare forskning av andra fann att dessa ensamma vågor, under vissa förutsättningar, kan uppnå ett tillstånd av kvasi-jämvikt, ett allmänt lugnt tillstånd, men med stora rörelser i rörelseenergin.

Men om dessa starkt olinjära system kan slappna av utanför denna kvasi-jämviktsfas, där de stora rörelseenergifluktuationerna slår sig till mycket mindre jämviktsvärden, förblev osäker.

"Vad vi hittar är att när dessa ensamma vågor kontinuerligt bryts ner under kollisioner, de börjar bryta ihop och reformera. När denna uppdelning och reformering blir jämförbar, det är då du kommer till kvasi-jämviktsfasen, "Sa Sen.

När antalet ensamma vågor som löper runt systemet blir för stort för att ens räknas, det är när kvasi-jämvikten någonsin så långsamt går över till sann jämvikt där energi ungefär lika delas av alla partiklar.

Sen medger att det är rimligt att fråga:Vad spelar det för roll? På en nivå, Sen säger, detta är ren vetenskap, med få omedelbara praktiska tillämpningar. Dock, det kan finnas praktiska tillämpningar för materialvetenskap.

"Jag tror att det har konsekvenser för materialmodellering, "Sen sa." Antag att jag vill göra ett material som tål enorma mängder värme, eller en som omvandlar en mekanisk vibration till elektrisk ström. För att göra dem, Jag måste ha en riktigt god förståelse för hur dessa material överför energi, och denna forskning skär in i hjärtat av den. "

Genombrottet i forskningen kom när Michelle Przedborski, doktorand vid Brock University i Kanada, undersökte den specifika värmen i kedjan av fasta sfärer genom att överväga kollisionerna mellan sfärerna. Det specifika värmebeteendet och energifluktuationen, på grund av kollisionerna som förutses av jämviktsteorin, instämde exakt i de resultat som förutses av dynamiska datasimuleringar.

"Det var" aha! " ögonblick, "Sen." De kommer från två olika vägar. Ingenting kan vara sötare än så här, för när du har en överenskommelse av denna storlek och av denna noggrannhet, du vet att systemet är i jämvikt. Det finns inga 'om, ands or buts om det.

"Vad vi har lyckats visa-i samband med Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou-problemet, där frågan väcktes om icke-linjära system skulle gå i jämvikt, som det har varit denna 60-åriga debatt över-är att starkt olinjära system som dessa går i jämvikt. "

Bland de villkor som krävs för att jämviktstillståndet ska nås är att ensamma vågor måste interagera, eller kolliderar med varandra, och systemet måste försiktigt störas, snarare än våldsamt skakad.