Экспериментальные исследования физика Саратовского университета В.В. Семенова впервые в истории науки продемонстрировали способность шума Леви не только нарушать стабильность пространственных структур, но и целенаправленно регулировать направление и скорость волнового процесса в бистабильных средах. Примеры таких сред многообразны и включают химические реакции, горение веществ, поведение жидких кристаллов и динамику распространения эпидемий, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Домены, представляющие собой отдельные зоны внутри бистабильных систем, отделяются друг от друга особыми областями — волнами фронта. Фронты могут либо сохранять стационарное положение, либо перемещаться. Возможность управлять движением и ориентацией фронтов дает ключ к контролю широкого спектра природных и технологических процессов — начиная от изменения характеристик материалов и заканчивая динамическими изменениями популяций.
Традиционно для описания подобных процессов ученые применяют Гауссов шум. Однако шум Леви обладает уникальными особенностями: он характеризуется асимметричностью и наличием резких всплесков значительной интенсивности. Как было доказано ученым из Саратова, специфику поведения шума Леви возможно направить на пользу, превратив его отрицательные стороны в полезные инструменты управления процессами.
«Предложенный метод управления позволяет изменять степень выраженности асимметрии бистабильных систем за счет асимметрии шумового воздействия, чтобы добиться ускорения распространения пространственных доменов или, наоборот, замедления и даже смены характера распространения на противоположный», — комментирует заведующий лабораторией компьютерного моделирования в электроники, доцент кафедры радиофизики и нелинейной динамики Владимир Семенов.
Исследование проходило в два последовательных этапа. Первоначально были проведены компьютерные симуляции сетей взаимосвязанных бистабильных осцилляторов. Затем последовал лабораторный эксперимент, в ходе которого использовалось специально разработанное электронное оборудование, принимающее сигналы, аналогичные характеристикам шума Леви. Такой подход позволил подтвердить теоретически предсказанные явления непосредственно в лабораторных условиях.
Полученные результаты убедительно показали следующее: при отсутствии асимметрии в сигнале шум оказывает исключительно разрушительное влияние на фронты и домены, тогда как наличие асимметрии позволяет контролировать направленность распространения волновых фронтов. Важно отметить, что характеристики скорости и направления определяются не только параметрами самого шума, но и типом взаимодействия элементов в системе.
Таким образом, шум Леви из элемента разрушения становится инструментом тонкой настройки и контроля. Этот феномен находит применение в медицине и нейрофизиологии для интерпретации мозговых импульсов, в энергетике — для оценки стабильности энергосистем, в изучении динамики популяций и даже в создании эффективных алгоритмов машинного обучения.
Ранее физики разработали компактный ускоритель для генерации мюонов.
