Cuando un recipiente de aceite de silicona u otro líquido similar se agita verticalmente con una frecuencia regular, Gotas de 1 milímetro del mismo líquido colocadas en la superficie del líquido parecen "caminar" a través de la superficie a velocidades de aproximadamente 1 cm / segundo, propulsados ​​por sus propias olas. En un nuevo estudio, Los físicos han descubierto que estas gotitas que caminan pueden ser mucho más grandes (hasta 2,8 mm de diámetro) y más rápidas (5 cm / segundo) de lo que se había observado anteriormente. Estos "superwalkers" exhiben una amplia gama de comportamientos nunca antes vistos, incluyendo novedosos movimientos sincronizados.

Una de las características interesantes de los caminantes es que, mientras que sus movimientos pueden ser completamente explicados por la mecánica clásica, algunos de sus comportamientos imitan ciertos fenómenos cuánticos que normalmente existen solo a escala atómica. Ejemplos de tales características incluyen túneles, órbitas cuantificadas, y correlaciones entre múltiples gotitas. En un sentido, La mecánica de gotas podría verse como una combinación de mecánica clásica y cuántica, donde coexisten comportamientos tanto de partículas como de ondas.

Los investigadores Rahil Valani y Anja Slim de la Universidad de Monash, y Tapio Simula en la Universidad Tecnológica de Swinburne, han publicado un artículo sobre los superwalkers en un número reciente de Cartas de revisión física .

"Los superwalkers abren un mundo completamente nuevo para explorar dentro del área de investigación de las gotitas que caminan que ya han mostrado comportamientos exóticos, "Simula dijo Phys.org .

Para crear un andador de tamaño normal, un recipiente de líquido se agita verticalmente con una frecuencia regular, como 80 Hz. En el nuevo estudio, los investigadores demostraron que cuando el líquido es impulsado simultáneamente por dos frecuencias, por ejemplo, 80 Hz y su frecuencia subarmónica de 40 Hz:las gotitas colocadas en la superficie se convierten en superwalkers. Para crear los superwalkers, los investigadores utilizaron una jeringa (para los superwalkers más grandes) o sumergieron rápidamente y extrajeron una aguja del líquido (para los más pequeños).

Debido a su gran tamaño, los superwalkers tienen una gran inercia, lo que significa que se resisten al cambio. Los superwalkers pueden usar su inercia para superar la barrera de las olas que normalmente evita que los caminantes entren en contacto entre sí. Como resultado, estos superwalkers pueden interactuar más fuertemente entre sí debido a sus campos de ondas superpuestos. Esta interacción conduce a una gran cantidad de comportamientos nuevos e interesantes, algunos de los cuales se muestran en los videos.

Por ejemplo, los superwalkers pueden unirse estrechamente en parejas o grupos, separados solo por una capa muy fina de aire. Si tienen diferentes tamaños, se mueven en un camino circular, pero si tienen el mismo tamaño, viajan en línea recta.

En otras condiciones, los superwalkers se comportan como "cazadores, "donde los superwalkers más pequeños perseguirán a los más grandes, a veces formando largos trenes. Otros tiempos, los superwalkers forman "parejas paseantes, "en el que caminan uno al lado del otro, rebotando entre sí.

A veces, los superwalkers se orbitan entre sí, como estrellas binarias, que es algo que también hacen los caminantes de tamaño normal. Pero los superwalkers exhiben la característica novedosa de que invierten intermitentemente su dirección orbital si un superwalker es más grande que el otro.

Al ajustar las amplitudes y frecuencias de oscilación, los investigadores descubrieron otros comportamientos nuevos. Por ejemplo, a bajas amplitudes de excitación de la vibración de 40 Hz, los superwalkers adoptan una configuración de cristal. A medida que aumenta gradualmente la amplitud, los superwalkers comienzan a moverse, luego pierden su estructura cristalina, y finalmente comienzan a rebotar rápidamente como bolas de billar. Los investigadores compararon esta dinámica con las transiciones de fase sólido-líquido-gas, con la amplitud actuando como parámetro de temperatura.

Al desafinar ligeramente la frecuencia subarmónica a 39,5 Hz, los investigadores observaron que los superwalkers exhiben un movimiento sincrónico de parar y avanzar, en el que todos caminan en sincronía unos con otros, y luego detenerse al mismo tiempo, y luego caminar de nuevo. Los investigadores explican que este comportamiento se produce porque la diferencia de fase que varía continuamente entre las dos frecuencias hace que los supercaminadores cambien de un lado a otro entre los regímenes de supercaminada y rebote.

Los investigadores esperan que la investigación futura revele más información sobre las características cuánticas de los superwalkers.

"Estas gotas que caminan forman un fascinante sistema dinámico en el que la gota en cada rebote crea una onda a su alrededor, y estas ondas a su vez guían el movimiento de la gota, resultando en una entidad de onda-gota en movimiento, ", Dijo Valani." Se ha demostrado que los caminantes imitan varias características cuánticas, y será interesante explorar cómo se comportan los superwalkers en tales experimentos ".

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