Un murmullo de estorninos. La frase se lee como algo de la literatura o el título de una película de autor. De hecho, está destinado a describir el fenómeno que se produce cuando cientos, a veces miles, de estos pájaros vuelan en picada, patrones intrincadamente coordinados a través del cielo.

O en términos más técnicos, acuden.

Pero las aves no son las únicas criaturas que acuden en bandada. Tal comportamiento también tiene lugar a escala microscópica, como cuando las bacterias deambulan por los pliegues del intestino. Sin embargo, pájaro o bacteria, todo flocado tiene un prerrequisito:la forma de la entidad debe ser alargada con una "cabeza" y una "cola" para alinearse y moverse con los vecinos en un estado ordenado.

Los físicos estudian el agrupamiento para comprender mejor la organización dinámica en varias escalas, a menudo como una forma de ampliar su conocimiento del campo de la materia activa en rápido desarrollo. El caso en cuestión es un nuevo análisis realizado por un grupo de físicos teóricos, incluido Mark Bowick, subdirector del Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) de la UC Santa Bárbara.

Generalizando el modelo estándar de movimiento de flocado a la superficie curva de una esfera en lugar del plano lineal habitual o espacio tridimensional plano, El equipo de Bowick descubrió que en lugar de extenderse uniformemente por toda la esfera, Los agentes en forma de flechas se ordenan espontáneamente en bandas circulares centradas en el ecuador. Los hallazgos del equipo aparecen en la revista. Revisión física X .

"Ya sea que se trate de un enjambre de bacterias, células en itinerancia o 'flechas' que consumen energía volando, Estos sistemas comparten características universales independientes del tamaño y la estructura precisos de los agentes, así como de sus interacciones detalladas. "dijo el autor correspondiente Bowick, quien está de licencia de la Universidad de Syracuse mientras está en su puesto en KITP. "Los estados ordenados de estos sistemas nunca son perfectamente uniformes, por lo que las fluctuaciones en la densidad generan sonido, de la misma manera que los instrumentos de viento crean música ".

En superficies curvas, el equipo, que incluye a la miembro general de KITP Cristina Marchetti y al becario graduado de KITP Suraj Shankar, encontró modos de sonido "especiales" que no se disipan y fluyen alrededor de los obstáculos. Según Bowick, estos modos especiales corresponden a tonos o armónicos especiales que no se mezclan con todos los demás armónicos.

También señaló que estos modos son especiales precisamente porque la geometría de la banda del ecuador es muy diferente de la geometría plana de una superficie plana. Por ejemplo, una partícula que se mueve sobre un anillo vuelve a su punto de partida aunque se mueva a lo largo de una trayectoria "recta". Esto no pasa en un avión donde las entidades continúan para siempre en línea recta, para no volver nunca, a menos que encuentren una ventaja. Esta característica es una consecuencia directa de la topología muy diferente de la esfera y el plano.

"Aunque una esfera en sí misma no tiene borde, los patrones de enjambre tienen un borde:el borde de la banda, "Dijo Bowick." Así que simplemente consumiendo energía localmente, los agentes activos en la esfera pululan espontáneamente y crean una ventaja ".

Los autores también analizaron otra forma curva, una figura en forma de reloj de arena llamada catenoide. A diferencia de una esfera en la que convergen líneas paralelas, La curvatura cóncava del catenoide hace que los paralelos diverjan. Esta curvatura opuesta empuja las entidades de flocado y las ondas sonoras asociadas a los bordes superior e inferior del reloj de arena, dejando el medio desnudo, lo contrario de lo que sucede en una esfera.

"El hecho de que estos sistemas se agrupen es bastante notable porque generan movimiento dinámicamente, "dijo Shankar, estudiante de doctorado en el programa de materias blandas en el departamento de física de la Universidad de Syracuse. "Pero son sistemas mucho más ricos de lo que esperábamos porque también generan estos modos de sonido 'protegidos topológicamente'".