När en behållare med silikonolja eller annan liknande vätska skakas vertikalt med regelbunden frekvens, 1 millimeter stora droppar av samma vätska placerad på vätskans yta verkar "gå" över ytan med hastigheter på cirka 1 cm/sekund, drivs av sina egna vågor. I en ny studie, fysiker har funnit att dessa gångdroppar kan vara mycket större (upp till 2,8 mm i diameter) och snabbare (5 cm/sekund) än tidigare observerats. Dessa "supervandrare" uppvisar ett brett spektrum av beteenden som aldrig tidigare setts, inklusive nya synkroniserade rörelser.

En av de intressanta funktionerna hos vandrare är att, medan deras rörelser helt kan förklaras av klassisk mekanik, vissa av deras beteenden efterliknar vissa kvantfenomen som vanligtvis existerar endast i atomskala. Exempel på sådana funktioner inkluderar tunneling, kvantiserade banor, och korrelationer mellan flera droppar. På sätt och vis, droppmekanik kan ses som en kombination av klassisk och kvantmekanik, där både partikel- och vågbeteenden samexisterar.

Forskarna Rahil Valani och Anja Slim vid Monash University, och Tapio Simula vid Swinburne University of Technology, har publicerat ett papper om supervandrare i ett nyligen utgåva av Fysiska granskningsbrev .

"Superwalkers öppnar en helt ny värld för att utforska inom forskningsområdet promenader som redan har visat exotiska beteenden, "Berättade Simula Phys.org .

För att skapa en normalstor rullator, en behållare med vätska skakas vertikalt med regelbunden frekvens, till exempel 80 Hz. I den nya studien, forskarna visade att när vätskan samtidigt drivs av två frekvenser - t.ex. 80 Hz och dess subharmoniska frekvens 40 Hz - droppar som placeras på ytan blir supervandrare. För att skapa supervandrare, forskarna använde antingen en spruta (för större supervandrare) eller snabbt nedsänkt och extraherade en nål från vätskan (för mindre).

På grund av deras stora storlek, supervandrare har stor tröghet, vilket betyder att de motstår förändring. Supervandrare kan använda sin tröghet för att övervinna vågbarriären som normalt förhindrar att vandrare kommer i kontakt med varandra. Som ett resultat, dessa supervandrare kan starkare interagera med varandra på grund av deras överlappande vågfält. Denna interaktion leder till en hel del nya och intressanta beteenden, några av dem visas i videorna.

Till exempel, supervandrare kan tätt binda ihop i par eller grupper, separeras endast av ett mycket tunt luftskikt. Om de har olika storlekar, de rör sig i en cirkulär bana, men om de har samma storlek, de reser i en rak linje.

Under andra förhållanden, superwalkers beter sig som "chasers, "där mindre supervandrare kommer att jaga efter större, ibland bildar långa tåg. Andra tider, supervandrare bildar "promenader par, "där de går sida vid sida, studsar av varandra.

Ibland kretsar supervandrare runt varandra, som binära stjärnor, vilket är något som normalstora vandrare också gör. Men superwalkers uppvisar den nya funktionen att de intermittent vänder sin kretsande riktning om en superwalker är större än den andra.

Genom att justera oscillationsamplituden och frekvenserna, forskarna avslöjade andra nya beteenden. Till exempel, vid låga drivamplituder för 40 Hz-vibrationen, supervandrarna tar en kristallkonfiguration. När amplituden gradvis ökar, supervandrarna börjar jiggla, förlorar sedan sin kristallstruktur, och slutligen börja studsa snabbt av varandra som biljardbollar. Forskarna jämförde denna dynamik med fas-övergångar med fast vätska-gas, med amplituden som temperaturparameter.

När den subharmoniska frekvensen justeras något till 39,5 Hz, forskarna observerade supervandrare uppvisar synkron stopp-och-gå-rörelse, där de alla går i synk med varandra, och sluta samtidigt, och sedan gå igen. Forskarna förklarar att detta beteende uppstår eftersom den kontinuerligt varierande fasskillnaden mellan de två frekvenserna får supervandrarna att växla fram och tillbaka mellan super- och studsregimer.

Forskarna räknar med att framtida forskning kommer att avslöja mer insikt i supervandrarnas kvantfunktioner.

"Dessa gångdroppar bildar ett fascinerande dynamiskt system där droppen på varje studs skapar en våg runt sig själv, och dessa vågor styr i sin tur droppens rörelse, vilket resulterar i en rörlig vågdropp-enhet, "Sa Valani." Vandrarna har visat sig efterlikna flera kvantfunktioner, och det kommer att bli intressant att utforska hur supervandrare beter sig i sådana experiment. "

© 2019 Science X Network