Escribiendo en Naturaleza , los investigadores describen la observación por primera vez de 'criticidad autoorganizada' en un experimento de laboratorio controlado. Existen sistemas complejos en matemáticas y física, pero también ocurren en la naturaleza y la sociedad. El concepto de criticidad autoorganizada afirma que sinDe entrada, los sistemas complejos en el no equilibrio tienden a convertirse en un estado crítico lejos de un equilibrio estable. De esta manera, refuerzan su propio no equilibrio.
Los sistemas que a primera vista son bastante diferentes, como la difusión de información en las redes sociales o la propagación de incendios o enfermedades, pueden tener características similares. Un ejemplo es un comportamiento similar a una avalancha que se refuerza a sí mismo en lugar de detenerse.Sin embargo, estos sistemas complejos son muy difíciles de estudiar en condiciones de laboratorio controladas.
Por primera vez, investigadores del Centro Europeo de Ciencias Cuánticas CESQ en Estrasburgo, en colaboración con investigadores de las universidades de Colonia y Heidelberg y el Instituto de Tecnología de California, han logrado observar las características más importantes del autocontrolcriticidad organizada en un experimento controlado, incluido el comportamiento universal de avalancha.
El equipo trabajó con un gas que consiste en átomos de potasio, que prepararon a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto. "En este estado, el gas es más fácil de controlar, lo que lo hace más adecuado para estudiar las propiedades cuánticas fundamentales deátomos '', dijo el profesor Shannon Whitlock, del Instituto de Ciencia y Tecnología Supramolecular de la Universidad de Estrasburgo.
Al estimular los átomos de gas con láser, el equipo pudo influir en las interacciones entre estos átomos. 'Cuando se estimulan, los átomos pueden generar nuevas estimulaciones secundarias o descargarse espontáneamente', explicó Tobias Wintermantel, un investigador doctoral en el equipo de Whitlock.
Cuando se encendió el láser, muchos átomos escaparon inicialmente muy rápidamente. Su número restante en el gas se estabilizó en el mismo valor. Además, el número de partículas restantes dependía de la intensidad del láser. 'Comparando nuestros resultados de laboratorio con unEn el modelo teórico, vimos que estos dos efectos tienen el mismo origen '', dijo el físico teórico, el profesor Sebastian Diehl, de la Universidad de Colonia. Esta fue una primera indicación del fenómeno de la criticidad autoorganizada.
"Los experimentos mostraron que algunos sistemas se desarrollan por sí mismos hasta su punto crítico de transición de fase", agregó Diehl. Esto es sorprendente: en una transición de fase típica, como el agua hirviendo de líquido a gas, solo hay un punto críticoEn el agua hirviendo, la criticidad autoorganizada significaría que el sistema permanecería automáticamente en un estado de suspensión entre líquido y gas en el punto crítico de transición, incluso si se cambiara la temperatura. Hasta ahora, este concepto nunca se ha verificado yprobado en un sistema físico tan altamente controlable.
Después del experimento, el equipo regresó al laboratorio para confirmar otra característica sorprendente de la criticidad autoorganizada: un comportamiento autosostenido de desintegración atómica, similar al de las avalanchas reponidas continuamente. Características similares ya se han observado cualitativamente en el pasadoen otros casos, como terremotos o erupciones solares. "Por primera vez, observamos los elementos clave de la criticidad autoorganizada cuantitativamente en el laboratorio. Pudimos establecer un sistema experimental atómico altamente controlable", dijo Shannon Whitlock.
En otros pasos, los científicos ahora quieren investigar cómo la naturaleza cuántica de los átomos influye en el mecanismo de autoorganización. 'A largo plazo, esto podría contribuir a crear nuevas tecnologías cuánticas o resolver algunos problemas de cálculo que son difíciles para la normalidadcomputadoras ', concluyó Diehl.
El fenómeno de la criticidad autoorganizada fue desarrollado por primera vez para avalanchas en 1987 por los físicos Per Bak, Chao Tang y Kurt Wiesenfeld. Siguieron otros modelos de otros investigadores para la evolución, incendios forestales y terremotos. Hasta el momento, no hay condiciones generales que se desencadenen-la criticidad organizada ha sido identificada.
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Materiales proporcionado por Universidad de Colonia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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