Turbulens kan hittas på stora och små platser, från exploderande supernovor och vidsträckta havsströmmar, till de instabila plasma som bildas i små fusionsbränsleceller bombarderade med lasrar.

Och ändå, när en till synes kaotisk turbulens utspelar sig i en kaskad av mindre virvlar och virvlar – och sedan ännu mindre virvlar och virvlar inom dessa virvlar och virvlar – händer något oväntat, University of Rochester forskare säger.

Dessa mindre virvlar och virvlar börjar bete sig anmärkningsvärt lika.

"När denna process utvecklas, skapa dessa mindre och mindre strukturer, den tappar minnet av det första som utlöste flödet till ett turbulent tillstånd, " säger Hussein Aluie, biträdande professor i maskinteknik och medförfattare till en artikel publicerad i Fysiska granskningsbrev . "Denna minnesförlust gör att dessa strukturer i små skalor beter sig på ett universellt sätt."

Som ett resultat, Aluie och huvudförfattaren Xin Bian, en Ph.D. student i sitt labb, har beskrivit en ny uppsättning bevarandelagar – grundläggande lagar som beskriver naturliga processer – som är unika för turbulenta flöden inom magnetfält.

Detta har lett till en uppsättning förenklade ekvationer som potentiellt kan tillämpas inom flera forskningsområden, Inklusive:

• utvecklingen av stjärnor och galaxer, och ansamlingen av materia i rymden;
• förutsäga rymdväder runt jorden på grund av solvinden; och
• magnetiserad liner inertial fusion (MagLIF), ett experimentellt tillvägagångssätt för att uppnå kontrollerad fusion i ett labb.

Under denna studie, Bian och Aluie använde över 16, 000 datorkärnor och cirka 6 miljoner CPU-timmar på superdatorn vid National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) vid Lawrence Berkeley National Laboratory.

"Simuleringarna är några av de största i sitt slag, " säger Alui.

Forskarna tog också fram en ny analysmetod för att reda ut hur kroppar av turbulens "kommunicerar" med varandra i olika skalor.

"Du kan använda det teoretiskt, du kan använda den med numeriska simuleringar, och tillämpa det på observationer från experiment eller till och med från satelliter, " Aluie säger. "Den är väldigt mångsidig."

Aluies labb tillämpar redan metoden för att studera hur virvlar och virvlar påverkar allmänna cirkulationsmönster i havet, och även hur samspelet mellan vind och vatten påverkar utvecklingen av dessa virvlar.

"Vi tillämpar detta för att kvantifiera hur mycket kraft från vinden som sätts i havet, " Aluie säger. "Verktyget vi har utvecklat är mycket bra på att reda ut kaotiska och komplexa system."