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Un nuevo avance en la dispersión caótica ofrece imágenes fractales

Investigadores de la Universidad Rey Juan Carlos en Madrid y de la Universidad de Zaragoza han analizado los efectos de un estímulo externo en los denominados problemas de dispersión caótica de sistemas complejos. Como resultado surgen atractivas estructuras fractales, como la que ha destacado la revista Physical Review E junto a este estudio.

La figura fractal seleccionada en la revista recuerda a la corriente de agua que fluye en un río. / F. Blesa et al.- Phys Rev E

La dispersión caótica es una característica que presentan los sistemas dinámicos con escapes, es decir, con comportamiento caótico transitorio. Se trata de un campo de investigación con gran cantidad de aplicaciones en ámbitos como la física atómica, molecular y nuclear, la mecánica de fluidos, la mecánica celeste o la óptica no lineal.

Ahora, los profesores Jesús M. Seoane y Miguel A. F. Sanjuán de la Universidad Rey Juan Carlos, junto a sus colegas Fernando Blesa y Roberto Barrio de la Universidad de Zaragoza, ofrecen una visión actualizada de este campo centrándose en los efectos producidos por una perturbación externa al sistema y cómo afecta a la dinámica y a la topología del espacio.

Se han encontrando estructuras fractales de gran belleza con la propiedad de la autosemejanza

Concretamente, se ha realizado un estudio detallado de las cuencas de escape asociadas al espacio de la fases, encontrando estructuras fractales que poseen la propiedad de la autosemejanza, algunas de ellas de una gran belleza. De hecho, una de ellas ha sido seleccionada como una de las más atractivas en la sección caleidoscopio de la revisa Physical Review E. La figura recuerda a la corriente de agua que fluye en un río.

Desde un punto de vista más técnico, la dispersión caótica es un fenómeno característico en sistemas que presentan escapes. Esto es debido a que se supone que hay un comportamiento, ya sea regular o irregular, confinado en una región del espacio y que puede eventualmente desaparecer de él. A este fenómeno es a lo que se llama un escape. Un ejemplo sencillo puede observarse en el juego del billar americano, donde la bola tras colisionar con otras y las paredes de la mesa de billar, eventualmente puede escapar cayendo en alguno de los agujeros.

La idea fundamental del trabajo consiste en considerar un modelo sometido a una fuerza externa periódica. Esta fuerza periódica externa puede entenderse imaginando a una persona que columpia a otra empujando el columpio cada vez que va y viene. Este ‘empujón’ viene caracterizado por una frecuencia y por una amplitud, que puede asemejarse a la inversa del tiempo que transcurre entre empujón y empujón y a la fuerza aplicada en el mismo, respectivamente.

Relación con galaxias barradas

Además, desde un punto de vista físico, la presencia de esta fuerza impulsora externa tiene su justificación en este caso, en problemas relacionados con un tipo particular de galaxias, como son las galaxias barradas.

Esta perturbación externa se analiza desde un punto de vista dinámico y topológico. Según sus autores, una de las principales contribuciones del trabajo consiste en la existencia de valores específicos de la frecuencia, que hacen que las partículas escapen de la región de dispersión de una manera mucho más rápida que en ausencia de la misma. También provoca que la dinámica del sistema sea muy compleja y la predicción de la evolución del mismo se antoje imposible.

Como consecuencia, aparecen estructuras fractales en el espacio de las fases, lo que da lugar a figuras con una gran riqueza topológica. Esto origina las estructuras bellas y elegantes, como la seleccionada en el caleidoscopio de Physical Review E.

Referencias bibliográficas:

Fernando Blesa, Jesus M. Seoane, Roberto Barrio, and Miguel A. F. Sanjuán. "Effects of periodic forcing in chaotic scattering". Phys. Rev. E, 89:042909, 2014
Jesús M. Seoane, Miguel A. F. Sanjuán. New Developments in Classical Chaotic Scattering. Rep. Prog. Phys., 76:016001, 2013

Fuente: URJC
Derechos: Creative Commons
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