El teorema recíproco de Lorentz ahora se puede aplicar a fluidos con simetrías rotas. Los científicos del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización (MPI-DS) de Gotinga han encontrado una manera de adaptar este teorema clásico también a fluidos con viscosidades impares. Su descubrimiento abre una nueva forma de explorar sistemas con simetrías rotas.
Las simetrías son fundamentales para la física. Generalmente, un proceso físico se considera simétrico si parece idéntico cuando se lo ve como una imagen especular o cuando se invierte el tiempo. En hidrodinámica, una consecuencia es que el flujo alrededor de un objeto en movimiento es el mismo que si se invirtiera la dirección del movimiento. La invariancia de las líneas de flujo hace que la fuerza sobre el objeto permanezca sin cambios bajo inversión de movimiento. Esto se describe en el teorema recíproco de Lorentz, que permite a los investigadores resolver incluso problemas complejos de dinámica de fluidos.
Sin embargo, algunos sistemas muestran simetrías rotas que resultan en la llamada viscosidad impar del fluido. En este caso no se podría aplicar el teorema de Lorentz. Los científicos Yuto Hosaka, Ramin Golestanian y Andrej Vilfan del Departamento de Física de la Materia Viva del MPI-DS han obtenido nuevos conocimientos sobre estos sistemas con simetrías rotas. Su artículo se publica en la revista Physical Review Letters. .
"Encontramos una manera de extender el teorema a la viscosidad impar sin violarlo", informa Yuto Hosaka, primer autor del estudio. "Nuestra generalización permite una amplia gama de cálculos analíticos para fluidos, incluidos los microorganismos autopropulsados en sistemas vivos".
Los investigadores utilizaron sus nuevos conocimientos para analizar el comportamiento de diferentes micronadadores. Gracias a su generalización, el teorema de Lorentz puede vincular el comportamiento de micronadadores en movimiento con objetos no móviles de la misma geometría en viscosidades impares.
Sin embargo, esta aplicación no se limita a la hidrodinámica de los micronadadores. "Dado que existen teoremas recíprocos relacionados en una amplia gama de campos físicos, nuestro trabajo ofrece a los investigadores una nueva herramienta para explorar sistemas con simetrías rotas", concluye Hosaka.
Más información: Yuto Hosaka et al, Teorema recíproco de Lorentz en fluidos con viscosidad impar, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.178303
Información de la revista: Cartas de revisión física
Proporcionado por la Sociedad Max Planck
