Peneliti menawarkan teori

Gambar “skyrmion gelombang air” (yaitu, struktur di mana partikel permukaan air pada area tertentu dipindahkan ke semua arah yang memungkinkan, dipetakan ke bidang arah) dalam interferensi tiga bidang gelombang air dengan frekuensi dan amplitudo yang sama, namun arah perambatannya berbeda. Kredit: Smirnova dkk

Struktur gelombang topologi adalah pola gelombang yang menunjukkan sifat topologi tertentu, atau dengan kata lain, sifat yang tetap invarian di bawah deformasi halus suatu sistem fisik. Struktur ini, seperti vortisitas dan skyrmion, telah menarik perhatian besar dalam komunitas fisika.

Meskipun fisikawan telah melakukan penelitian ekstensif yang berfokus pada struktur gelombang topologi dalam berbagai sistem gelombang, contoh paling klasik dari mereka masih belum tereksplorasi. Ini adalah gelombang air, osilasi atau gangguan yang merambat pada permukaan air atau cairan lain.

Peneliti RIKEN baru-baru ini berupaya mengisi kesenjangan dalam literatur dengan menawarkan deskripsi berbagai struktur topologi gelombang air. Makalah mereka, yang diterbitkan dalam Physical Review Letters, menawarkan kerangka teoritis yang dapat menginformasikan eksperimen masa depan yang bertujuan meniru fenomena gelombang topologi.

“Saya telah mengerjakan struktur gelombang yang secara topologi non-sepele seperti pusaran gelombang, skyrmion, dll. selama hampir 20 tahun,” Konstantin Y. Bliokh, salah satu penulis makalah tersebut, mengatakan kepada Phys.org. “Pertama-tama saya fokus pada bidang optik (elektromagnetik), kemudian pada gelombang elektron kuantum, dan baru-baru ini pada bidang gelombang akustik. Baru-baru ini saya menyadari bahwa struktur topologi seperti itu belum dipelajari secara sistematis untuk jenis gelombang klasik yang paling jelas: gelombang air .”

Dalam makalah mereka, Bliokh dan rekan kerjanya memberikan gambaran teoritis tentang empat jenis struktur gelombang topologi. Ini termasuk pusaran gelombang air yang membawa momentum sudut terkuantisasi dengan kontribusi orbital dan putaran, kisi skyrmion dan kisi meron yang terbentuk di permukaan air, serta pusaran gelombang air ruangwaktu dan skyrmion.

“Fenomena gelombang utama mempunyai karakter universal untuk gelombang yang sifatnya berbeda, baik klasik maupun kuantum, karena kesamaan matematis dari berbagai persamaan gelombang,” jelas Bliokh. “Dalam kasus kami, kami harus menerapkan analisis, yang sebelumnya dikembangkan untuk persamaan gelombang elektromagnetik, akustik, dan mekanika kuantum, ke persamaan yang menggambarkan gelombang linier (baik gravitasi atau kapiler) di permukaan air.”

Penelitian terbaru yang dilakukan oleh tim peneliti ini menunjukkan bahwa gelombang air klasik dapat menunjukkan struktur topologi yang tidak sepele dengan sifat fisik yang menarik. Deskripsi teoretis dari struktur-struktur ini yang diuraikan dalam makalah mereka dapat menginformasikan penelitian masa depan dan upaya eksperimental dalam mekanika fluida.

“Dalam beberapa dekade terakhir, pusaran gelombang telah banyak diterapkan dalam sistem optik, akustik, dan kuantum,” kata Bliokh. “Wajar jika hal ini juga terjadi dalam sistem hidrodinamik. Secara khusus, kami berharap sifat dinamis pusaran gelombang air dapat dimanfaatkan untuk manipulasi mikrofluida partikel kecil, termasuk objek biomedis.”

Selain membuka jalan bagi penelitian baru yang menyelidiki mekanika fluida, makalah terbaru ini menunjukkan bahwa gelombang air dapat menjadi alat yang ampuh untuk memodelkan fenomena gelombang kompleks yang sulit diamati dalam sistem gelombang lain, seperti sistem kuantum. Bliokh dan rekan-rekannya sekarang akan mencoba mengamati struktur yang secara teoritis telah mereka gambarkan dalam kondisi laboratorium.

“Dalam studi kami lebih lanjut, kami berencana untuk secara eksperimental mengamati struktur gelombang air (vortisitas, skyrmion, dll.) yang secara teoritis dijelaskan dalam pekerjaan kami,” tambah Bliokh. “Kami telah membuat kemajuan besar menuju tujuan tersebut.”

Informasi lebih lanjut:
Daria A. Smirnova dkk., Pusaran Gelombang Air dan Skyrmion, Surat Tinjauan Fisik (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.054003. Di arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2308.03520

Kutipan: Peneliti Menawarkan Deskripsi Teoritis Struktur Topologi Gelombang Air (2024, 27 Februari) Diakses pada 27 Februari 2024, dari https://phys.org/news/2024-02-theoretical-description-topological.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Kecuali untuk tindakan bonafid apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.