vendredi 8 avril 2016

Grésillements pendant la croissance

Lorsque des gouttes ou des particules de poussière se soudent, ils suivent souvent les mêmes lois statistiques que le bruit fait par le papier froissant
Les globules de matières grasses dans le lait homogénéisé, les particules de poussière dans le système solaire primitif et les petits domaines magnétiques dans les ferromagnétiques sont tous des exemples de petites pièces se réunissent pour former un tout, comme "les oiseaux d'une plume»; ou, dans ce cas: les particules de la même taille troupeau ensemble. Des scientifiques de l'Institut Max Planck de dynamique et auto-organisation, l'Université de Göttingen et Azarbaijan Université Shahid Madani en Iran ont démontré que de tels processus de croissance "crépitement". Cela signifie que, pendant la croissance, les différentes parties effectuent des sauts qui sont répartis de façon aléatoire en termes de taille. Cette répartition aléatoire est soumis aux mêmes lois statistiques que l'intensité du son émis par une feuille de papier étant froissé. Les nouveaux modèles aident les scientifiques à comprendre, entre autres choses, la magnétisation saccadée de ferromagnétiques.
Oiseaux d'une  plume: Dans  de  nombreux  cas
où de petites unités, comme les gouttes, forment
 un tout, ces unités sont de taille similaire.
Quand un verre tombe d'une table et se brise sur le sol, un physicien sera intrigué plutôt que ennuyé. Les morceaux formés sont tous de même taille. Quelques gros morceaux peuvent être ramassés à la main; d'autres sont recueillies à l'aide d'un tissu éponge ou d'un aspirateur. Cependant, des frissons microscopiques ne sont presque jamais trouvés. "Dans de nombreux processus de croissance d'origine naturelle, la séquence des événements est l'inverse, pour ainsi dire", Jan Nagler, chercheur à l'Institut Max Planck de dynamique et auto-organisation, explique." Principalement, les sous-systèmes de taille similaire fusionnent pour former une nouvelle, plus grande unité."
Cependant, comment exactement ce que ces systèmes se développent? «Nos modèles ont montré que de la crépitement 'ces processus de croissance", Nagler dit, décrivant les résultats de la nouvelle étude. Il suggère un exercice mental: "Supposons que les gouttelettes de taille similaire fusionnent étape par étape et que les gouttelettes émettent un bruit pour chaque étape; un bruit calme lorsque la plus forte baisse qui est formée ne pousse légèrement, un grand bruit lorsque la plus forte baisse subit une poussée de croissance significative ".
Une sorte de symphonie de croissance
La croissance des gouttes est donc accompagnée de sons d'intensité variable - une symphonie de la croissance, pour ainsi dire. "Le bruit qui est produit est un crépitement, similaire à celle faite par le papier étant froisser dans la main", selon Nagler.
"Nous avons tous froissé papier mille fois - parce que nous étions en colère, frustré ou ennuyé», Malte Schröder, étudiante à la maîtrise à l'Université de Göttingen, dit. Cependant, il vaut écouter plus attentivement quand nous le faisons, ajoute-il. Le papier étant froissé rend les deux bruits forts et calmes, tout comme un feu crépitant. Le crépitement Quiet est parfois interrompu par une fissure très forte. Dans les deux cas, les sons couvrent une large gamme d'intensité.
Cette distribution est ce que les physiciens appellent «crépitement» - quelque chose qui se produit dans de nombreux autres contextes, loin de sons et volume. "Si vous déplié à nouveau le papier froissé, vous verriez un motif complexe de plis longs et courts", dit Nagler. La répartition de ces longueurs pli suit également la «loi du crépitement". Donc, est-ce que des grandeurs de tremblement de terre ou les éruptions solaires - ainsi que les poussées de croissance lorsque les sous-systèmes fusionnent.
La gamme de potentiel, la croissance distribués de façon aléatoire gicle augmente avec la taille du système global. Cela rend de plus grands systèmes beaucoup plus difficile à prévoir que les petits systèmes, ce qui est pertinent pour les matériaux qui sont constitués d'un très grand nombre de sous-systèmes, tels que les atomes d'un aimant ou les nœuds et les liaisons dans un réseau.
Des domaines magnétiques sautillantes
Les scientifiques ont simulé les processus de croissance différents sur l'ordinateur. Au lieu de se concentrer sur des globules de particules de graisse ou de poussière, ils ont regardé une description générale d'un tel processus de croissance. La seule condition: sous-systèmes fusion devait être de taille similaire. "De tels processus de croissance peuvent être décrits mathématiquement dans une nouvelle théorie du réseau", dit Schröder. Le plus petit possible sous-système est représenté par un nœud. Lorsque deux sous-systèmes se connectent, un lien est créé - et peu à peu un réseau est formé.
Dans la deuxième étape, les scientifiques ont étudié un système particulier: substances ferromagnétiques, tels que le fer, le nickel et le cobalt. Lorsque ces substances entrent en contact avec un aimant, ils deviennent magnétisés. Au sein de ces substances sont des zones microscopiques - dits domaines de Weiss - qui sont magnétisés en raison de l'influence extérieure. Ce processus provoque des zones magnétiques homogènes de plus en plus grandes pour former et conduit à distribuer au hasard des sauts discontinus dans la magnétisation totale.
"Depuis domaines de Weiss sont de taille similaire, notre modèle est utile pour décrire ce processus trop", dit Nagler. "La soudaine saute dans magnétisation et, surtout, la distribution de ces sauts peut être reproduit avec précision en utilisant nos calculs."
Dans la prochaine étape du projet, les scientifiques veulent identifier plusieurs systèmes qui affichent les conditions nécessaires à la croissance de crépitement. Il y a beaucoup de possibilités - de globules d'huile sur une surface d'évaporation de l'eau lentement à des fusions de grandes entreprises dans l'économie.