I fysisk, biologiska och tekniska system, den tid som ett systems komponenter tar för att påverka varandra kan påverka övergången till synkronisering, ett viktigt fynd som förbättrar förståelsen för hur dessa system fungerar, enligt en studie som leds av Georgia State University.

Forskarna utvecklade analytiska formler som hjälpte dem att komma fram till dessa slutsatser. Deras resultat publiceras i tidskriften Vetenskapliga rapporter .

Synkronisering är vanligt i många naturliga och konstgjorda oscillatorsystem, där en betydande funktion dyker upp som ett resultat av samarbetsbeteenden hos många interagerande element i systemen. Exempel på synkroniseringssystem inkluderar neuroner i hjärnan, hjärtpacemakerceller, rytmiskt kvittrande syrsor, publikens applåder i konserthus och halvledarlasrar. I dessa system, interagerande element, kallas även oscillatorer, har sina egna rytmer, men interaktionerna kan leda till en gemensam rytm. Interaktionen förseningar, som alltid finns där i något verkligt system på grund av den begränsade hastigheten för signalernas rörelse, behandlingstider och andra faktorer, kan ändra den ultimata rytmen. Denna studie tittar på hur detta händer.

"Interaktionsstyrka och tidsfördröjningar kan förändra hur synkronisering visas och utvecklas, "sa Dr Mukesh Dhamala, docent vid Institutionen för fysik och astronomi och neurovetenskap vid Institute of Georgia. "Systemets historia gör skillnad i synkronisering. Det här dokumentet tittar på effekterna av tidsfördröjningar i kritisk interaktionsstyrka som behövs för att uppnå synkronisering av kopplade oscillatorer. Synkroniseringsövergångarna påminner oss om de första ordningens och andra ordningens fasövergångar som vanligtvis studeras i statistisk fysik.

"Dessa fynd kan vara till hjälp för att känna till experimentellt observerade nätverksoscillationer, till exempel, neurala svängningar i hjärnan där ledningstidsfördröjning mellan två anslutna regioner sträcker sig från några få till tiotals millisekunder. En smidig eller abrupt övergång till synkronisering kan vara till hjälp för att skilja en normal hjärnfunktion (t.ex. perceptuellt beslut) från en dysfunktion (t.ex. epileptiskt anfall). "

I den här studien, forskarna introducerade tidsfördröjningar och ändrade kopplingsstyrkan mellan oscillatorer för att förstå övergångar till och ur abrupt synkronisering. De fann att tidsfördröjning inte påverkar övergångspunkten för abrupt synkronisering när kopplingsstyrkan minskas från ett synkroniserat tillstånd, men tidsfördröjning kan flytta övergångspunkten när kopplingsstyrkan ökas från ett osynkroniserat tillstånd.