Synchronisationsstrukturen und Synchronisationswellen

• Antragsteller: Professor Dr. Arkady Pikovsky
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409273578

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Synchronisation ist ein grundlegendes Phänomen für gekoppelte Oszillatoren: Sie können ihre Phasen und Frequenzen in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Kopplung anpassen. Betrachtet man im Raum verteilte Oszillatoren, so lässt sich in einigen Teilen Synchronität beobachten, während andere Teile asynchron bleiben. Diese Strukturen können bestehen bleiben und synchrone Muster auf dem asynchronem Hintergrund bilden (oft als Chimärenmuster bezeichnet), oder sie können sich bewegen und Synchronisationsellen bilden. In diesem Projekt haben wir verschiedene Anordnungen untersucht, die zu Synchronisationsmustern und Wellen führen. Ein Forschungszweig befasst sich mit der Beweglichkeit der zugrunde liegenden Oszillatoren. Wir zeigen, dass zufällige Bewegung (z. B. wenn Oszillatoren diffundieren) die Bildung von Chimären begünstigt. In einem anderen Fall, wenn sich das Kopplungsmedium als Ganzes bewegt, wird die effektive Wechselwirkung zwischen den Oszillatoren im Raum asymmetrisch. Dies führt zu sich bewegenden chimärenartigen Zuständen, deren Eigenschaften wir im Detail untersucht haben. Ein anderer Forschungszweig befasste sich mit den Auswirkungen von Unordnung. Wir haben untersucht, wie Unordnung in einer eindimensionalen Anordnung von Oszillatoren die Herstellung von Synchronität verhindert; in einer anderen Arbeit haben wir mögliche Synchronisationsmuster in einer Anordnung von Oszillatoren mit verteilten Eigenfrequenzen beschrieben. Eine weitere überraschende Erkenntnis ist, dass sich ein einzelnes Chimärenmuster (Chimären-Soliton) aufgrund einer effektiven Zufälligkeit bei einer endlichen Dichte von Oszillatoren in Bewegung setzt. Eher kontraintuitiv ist diese Bewegung hochgradig geordnet und nicht zufällig, wie bei anderen Chimärenmustern berichtet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Disorder fosters chimera in an array of motile particles. Physical Review E, 104(3).
  Smirnov, L. A.; Bolotov, M. I.; Osipov, G. V. & Pikovsky, A.
  
• Spatiotemporal Regimes in the Kuramoto–Battogtokh System of Nonidentical Oscillators. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 132(1), 127-147.
  Bolotov, M. I.; Smirnov, L. A.; Bubnova, E. S.; Osipov, G. V. & Pikovsky, A. S.
  
• Finite-density-induced motility and turbulence of chimera solitons. New Journal of Physics, 24(4), 043042.
  Smirnov, L. A.; Bolotov, M. I.; Bolotov, D. I.; Osipov, G. V. & Pikovsky, A.
  
• Phase-locking dynamics of heterogeneous oscillator arrays. Chaos, Solitons & Fractals, 155, 111721.
  Lepri, Stefano & Pikovsky, Arkady