Det finns en strukturell lavin som väntar inuti lådan Rice Krispies på stormarknadshyllan. Cornellforskare är nu närmare att förstå hur dessa strukturer beter sig - och i vissa fall bete sig ovanligt.

Forskarna, ledd av James Sethna, professor i fysik vid College of Arts and Sciences, har för första gången gjort en modell för sprakande ljud i två dimensioner. Deras papper, "Ovanlig skalning för tvådimensionella laviner:Härdning av fasettering och skalning i den lägre kritiska dimensionen, "publicerades 30 oktober Fysisk granskningsforskning . Tidningens huvudförfattare var Lorien X. Hayden, FRÖKEN. '15, Ph.D. '19, och medförfattare var ärkebäraren Raju, FRÖKEN. '16, Ph.D. '18.

Mjölk kommer in i Rice Krispies genom en process som kallas "vätskeinvasion, "som liknar oljeindustrins metod att pumpa vatten under tryck i porös sandsten för att pressa ut olja. Det resulterande bullret - spannmålets berömda" snap, crackle and pop "-är en typ av små" laviner "som indikerar en mjölksprängning som invaderar porer i det puffade riset. Varje lavin består i huvudsak av mindre versioner av sig själv, en proportionalitet formad av "maktlag" -fördelning. Knäckande buller beskriver också jordbävningar, magneter och många andra system.

"Vi vet hur vi ska hantera maktlagskalning, sa Sethna, tidningens seniorförfattare, "men vi har insett att det finns många intressanta fysikproblem där den maktlagskalingen inte fungerar. Men det ser fortfarande fraktalt ut i den meningen att när du förstorar saker, du ser något som ser likadant ut. "

Forskare har tidigare modellerat sprakande ljud i tre, fyra och fem dimensioner genom en process som kallas Widom-skalning-ett sätt att redovisa avvikelser i kritiska punkter som utvecklades av Benjamin Widom, professor emeritus i kemi och kemisk biologi. Den kritiska punkten är det ögonblick då ett system eller en form av materia övergår till en ny fas.

Dessa stunder präglas ofta av ovanligt beteende, där maktlagar inte verkar gälla.

"Jag har spenderat 20 år på hur jag ska analysera denna mycket enkla modell i två dimensioner, "Sa Sethna." Jag kan simulera det, men jag kunde inte göra Widom -skalningen. Jag kunde inte räkna ut sakerna som ersatte maktlagen. Och det irriterade mig. Så jag började titta på andra problem, 50-åriga problem, och ingen hade gjort dem, antingen."

Sethnas lösning var att vända sig till arbetet med en annan banbrytande Cornellian, den avlidne fysikern Kenneth G. Wilson, vars arbete med kvantfält med ett matematiskt schema som kallas renormaliseringsgruppen utvidgade Widoms forskning och vann Wilson Nobelpriset i fysik 1982.

"Ken Wilson var intresserad av att förstå materialens beteende när de gick igenom kritiska punkter, när de ändrar sitt beteende på ett kvalitativt sätt, "Sethna sa." Vi kom på hur vi gör Widom -skalning för system som Widoms metod inte fungerar för, genom att använda en finare analys av förutsägelserna för Ken Wilsons renormaliseringsgrupp. "

Genom att knyta ihop flera delar av Cornell-odlade matematikmetoder, forskarna löste ett decennier gammalt problem med en ny teoretisk metod och simuleringsmetoder, göra ett viktigt steg mot en mer fullständig förståelse för hur laviner och sprakande buller beter sig nära kritiska punkter.

Rice Krispies kanske aldrig ser ut, eller ljud, samma igen.

"Vi har blivit förlamade, Jag tror, genom att vi inte riktigt förstod, i många fall, den exakta karaktären på hur övergångarna sker, "Sa Sethna." Och för första gången, vi har verkligen ordnat det. Åtminstone mycket av det. "