Ordning och oordning kan verka dikotomiska tillstånd i ett fungerande system, men båda staterna kan faktiskt, existerar samtidigt och varaktigt inom ett system av oscillatorer, i det som kallas en kimärstat. Med sitt namn från en sammansatt varelse i grekisk mytologi, detta exotiska tillstånd rymmer fortfarande mycket mysterium, men dess grundläggande natur erbjuder potential att förstå styrdynamik inom många vetenskapliga områden. Ett forskargrupp vid University of New Mexico har nyligen avancerat denna förståelse med arbete som kommer att publiceras i veckan i tidskriften Kaos .

"Ett system av oscillatorer" kan låta oklart, men det beskriver faktiskt, på ett mycket generellt men grundläggande sätt, alla slags fysiska system.

"Massor av biologiska system kan ses som populationer av oscillatorer. Hjärtslaget är bara oscillerande hjärtceller som en våg sprider sig på. Och neuroner i hjärnan är också oscillatorer, och har behandlats med dessa metoder, "sa Karen Blaha, en postdoktoral forskare vid University of New Mexico som arbetar med projektet. "Men att göra experiment på dessa system är verkligen, Riktigt svår. Cellerna kan dö, och om du kan manipulera dem på ett sätt som du kan mäta data, de kanske inte beter sig som de gör naturligt. "

Av denna anledning, laget, ledd av Francesco Sorrentino, professor i maskinteknik vid University of New Mexico, byggt på tidigare arbete för att förstå kimärtillstånd med mekaniska oscillatorer, i detta fall en samling metronomer, vilar på kopplade plattformar.

"Det slutliga målet är att dessa system beter sig bättre än de biologiska system som vi hoppas att de så småningom kan vara bra ombud för, Sa Blaha.

Teamet byggde ett system med tre kopplade plattformar, var och en stöder upp till 15 tickande metronomer vars rörelser spårades individuellt. En kimärtillstånd i detta system bestod av i fas, eller synkron, rörelse av en delmängd av metronomerna, och asynkron rörelse hos de andra. Genom att variera egenskaper hos systemet, såsom kopplingsstyrkan mellan plattformarna eller antalet metronomer, de kunde härleda vilka faktorer som ledde till mer perfekta kimärtillstånd.

Av särskilt intresse för detta experiment var effekten av symmetrier hos systemet på framväxten av kimärtillstånd. Sorrentino och hans team tittade på, till exempel, effekten av att ha samma kontra olika kopplingsstyrkor hos de yttre plattformarna till mittplattformen.

"Det sätter ihop en ny ingrediens som gör det hela mer komplext. I grunden undrar vi hur denna typ av blandat beteende kan uppstå i system som har symmetrier. Och vårt arbete är experimentellt så vi ser detta kimärtillstånd i system med symmetrier , "Sa Sorrentino.

Förutom att utveckla en metod för att bättre förstå dessa viktiga, komplexa system, Sorrentino ser ansträngningarna som ett kraftfullt pedagogiskt verktyg. Bordsskivan och den visuella karaktären hos mätningarna och effekterna ger eleverna ett mer direkt engagemang i de koncept som undersöks.

"Det är en full upplevelse för studenten [och] vi har ett brett författarskap, "Sa Sorrentino, belyser samarbetet mellan studenter, doktorander och seniorforskare. "Det är verkligen ett lagarbete."

Framtida arbete av det mångsidiga teamet kommer att undersöka andra symmetrier, liksom olika faktorer som kopplingsmetod. De planerar också att lägga till metoder för att styra systemet och synkronisering. "Vi arbetar åt flera håll. Definitivt är symmetrierna något vi kommer att tänka på och försöka generalisera till mer komplexa situationer, "Sa Sorrentino.