Os pesquisadores usam 100 lasers acoplados para realizar fisicamente a percolação e descobrir como as não linearidades alteram o comportamento coletivo do laser
A percolação estuda como pequenas conexões podem se agrupar para formar um sistema conectado maior, conhecido como cluster. Em uma grade onde os websites podem ser ativados ou desativados, ativar mais websites leva à formação de clusters e, em determinado ponto, surge um cluster gigante que abrange o sistema. Este comportamento é relevante para muitos sistemas do mundo actual onde as interações locais levam a efeitos globais, tais como redes elétricas, propagação de doenças, incêndios florestais e atividade cerebral. Embora a percolação seja frequentemente estudada por meio de modelos teóricos ou simulações, os sistemas reais são mais complexos. Efeitos não lineares, ruído, conexões imperfeitas e dinâmica dependente do tempo podem mudar o ponto de inflexão e alterar a forma como os clusters se formam.
Neste trabalho, os pesquisadores construíram um sistema físico usando um conjunto 2D de 100 lasers acoplados para estudar experimentalmente a percolação. Cada laser atua como um native que pode ser ligado e interage com seus vizinhos, tornando o sistema uma realização controlável de uma grade de percolação. Eles descobriram que quando um grande cluster conectado se forma, os lasers também começam a travar a fase, o que significa que a conectividade e a sincronização emergem juntas. Normalmente, estes efeitos são estudados separadamente.
Em alta potência de bombeamento (energia fornecida aos lasers), o sistema se comporta como um modelo de percolação ultimate, com um limiar crítico claro e uma transição suave (de segunda ordem), consistente com a teoria. No entanto, com baixa potência da bomba, os efeitos não lineares tornam-se importantes. Os lasers competem mais fortemente, o que significa que são necessários mais locais ativos para formar um cluster abrangente, e clusters mais fracos são suprimidos. Isto altera o limiar de percolação e altera a distribuição do tamanho do cluster, contrariamente à expectativa ordinary de que os efeitos não lineares são mais fortes em potências mais elevadas.
Para explicar isto, os investigadores introduziram um modelo simples onde um web site só permanece activo se tiver vizinhos activos suficientes, modificando efectivamente as regras de conectividade. Isto reproduz o comportamento observado e mostra como os efeitos não lineares podem remodelar a percolação. No geral, o trabalho demonstra que sistemas físicos reais podem modificar significativamente o comportamento ultimate de percolação e fornece uma plataforma controlável para estudar como a conectividade, a competição e a sincronização interagem em redes complexas.
Quer saber mais sobre esse assunto?
Teoria da percolação por JW Essam (2018)