Lorentz reciproka teorem kan nu tillämpas på vätskor med brutna symmetrier. Forskare vid Max Planck-institutet för dynamik och självorganisering (MPI-DS) i Göttingen har hittat ett sätt att även tillgodose detta klassiska teorem i vätskor med udda viskositeter. Deras upptäckt öppnar ett nytt sätt att utforska system med trasiga symmetrier.
Symmetrier är grundläggande för fysiken. I allmänhet anses en fysisk process vara symmetrisk om den verkar identisk när den ses som en spegelbild eller när tiden är omvänd. Inom hydrodynamik är en konsekvens att flödet runt ett rörligt föremål är detsamma som om rörelseriktningen är omvänd. Invariansen av flödesströmlinjerna gör att kraften på föremålet förblir oförändrad under rörelseomkastning. Detta beskrivs av Lorentz reciproka teorem, som gör det möjligt för forskare att lösa även komplexa vätskedynamikproblem.
Vissa system uppvisar dock brutna symmetrier vilket resulterar i en så kallad udda viskositet hos vätskan. Här kunde Lorentz-satsen inte tillämpas. Forskarna Yuto Hosaka, Ramin Golestanian och Andrej Vilfan från institutionen för fysik av levande materier vid MPI-DS har nu fått nya insikter om sådana system med brutna symmetrier. Deras artikel är publicerad i tidskriften Physical Review Letters .
"Vi hittade ett sätt att utöka satsen till udda viskositet utan kränkning", rapporterar Yuto Hosaka, första författare till studien. "Vår generalisering möjliggör ett brett utbud av analytiska beräkningar för vätskor, inklusive självgående mikroorganismer i levande system."
Forskarna använde sina nya insikter för att analysera beteendet hos olika mikrosimmare. Tack vare deras generalisering kan Lorentz-satsen koppla beteendet hos rörliga mikrosimmare till icke-rörliga föremål med samma geometri i udda viskositeter.
Ändå är denna applikation inte begränsad till hydrodynamiken hos mikrosimmare. "Eftersom relaterade ömsesidiga teorem finns inom ett brett spektrum av fysiska områden, ger vårt arbete forskare ett nytt verktyg för att utforska systemen med brutna symmetrier", avslutar Hosaka.
Mer information: Yuto Hosaka et al, Lorentz Reciprocal Theorem in Fluids with Odd Viscosity, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.178303
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev
Tillhandahålls av Max Planck Society
