Em um estudo publicado na edição de dezembro da revista Brazilian Journal of Physics, Tiago Mendonça e Henrique de Oliveira, ambos pesquisadores do Departamento de Física Teórica do Instituto de Física da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), apresentam uma série de simulações em computador de colisões entre pares de ondas do tipo kink-duplo.
Ondas do tipo “kink” são ondas localizadas, estáveis, com uma crista proeminente e de subida abrupta, muito utilizadas em modelos matemáticos de teorias da física de partículas, da física da matéria condensada e da cosmologia. Outra classe de ondas que aparece em modelos nessas áreas da física são as em forma de sino do tipo “lump”. Ao contrário das ondas kink, as ondas lump não resistem a pequenas perturbações.
Uma classe ainda mais complicada de onda é a do tipo “kink-duplo”, descrita em 2003 por Dionísio Bazeia, Josinaldo Menezes e Roberto Menezes, físicos da Universidade Federal da Paraíba. As kink-duplo aparecem como soluções para uma classe de equações matemáticas mais geral, englobando tanto as equações que dão origem às ondas lump, quanto a equação mais simples que descreve as ondas kink.
As investigações numéricas de Mendonça e Oliveira mostraram que, apesar das semelhanças, os resultados de colisões entre ondas kink-duplo são bem diferentes daqueles de colisões entre ondas kink. Enquanto ondas kink normalmente sobrevivem a colisões entre elas, ondas kink-duplo não resistem ao choque e se dissipam, resultando em ondulações de amplitude pequena e tempo de vida curto. Analisando em detalhe as pequenas ondulações resultantes da colisão, os físicos notaram que são compostas por uma onda kink e outra invertida, anti-kink, uma se afastando da outra.
O estudo identificou ainda que para certos valores críticos de velocidade de colisão, o impacto do par de kinks-duplos pode resultar em ondas do tipo lump com propriedades especiais. Esses valores críticos para a velocidade de colisão foram intervalos numéricos cujas fronteiras apresentam uma geometria fractal. Além disso, embora as ondas lump sejam instáveis sobre o efeito de pequenas perturbações, os resultados das simulações numéricas mostraram que essas ondas podem formar estruturas parcialmente estáveis após serem perturbadas. Mendonça e Oliveira especulam que esses estados meta-estáveis talvez possam ter alguma aplicação em modelos cosmológicos para a distribuição da matéria escura no Universo, uma hipótese que esperam investigar futuramente.
Artigo científico
The Collision of Two-Kinks Revisited: the Creation of Kinks and Lump-Like Defects as Metastable States
T. S. Mendonça e H. P. de Oliveira
Brazilian Journal of Physics – Dezembro de 2019, V. 49, 6, p. 914–922
ArXiv:1808.04210
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