Verletzlichkeit von Synchronisation durch die Existenz chaotischer Sattel

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ulrike Feudel
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454054251

Das Ziel dieses Projektes ist das Studium der Rolle von transientem Chaos in Netzwerken. Die Präsenz von chaotischen Satteln kann ausgehend von einer anfänglich global stabilen kompletten Synchronisation zur vollständigen Desynchronisation führen, obwohl nur ein einziger Knoten im Netzwerk, teilweise auch nur zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt gestört wird (zustandsabhängige Verletzlichkeit der Synchronisation). Wir untersuchen den dynamischen Ursprung dieses Übergangs von kompletter Synchronisation zu vollständiger Desynchronisation und klären, ob dadurch in Abhängigkeit der Kopplungsstärke und der Netzwerktopologie ein chaotischer Attraktor kreiert wird. Weiterhin untersuchen wir seine statistischen Eigenschaften, wie z.B. die Verletzung der Skalierungseigenschaften von chaotischen Satteln, und vergleichen sie mit rausch-induzierten Attraktoren um Gemeinsamkeiten und Unterschiede herauszuarbeiten. Darüber hinaus identifizieren wir Klassen von Systemen, in denen zustandsabhängige Verletzlichkeit auftreten kann, um die Allgemeinheit des Phänomens zu festzustellen. Diese Klassen sind mit den Entstehungsmechanismen chaotischer Sattel verknüpft: Metamorphose von Einzugsgebietsgrenzen, Grenzkrise und Perioden-Additions-Kaskaden. Schließlich studieren wir verschiedene Anwendungen in Ökologie sowie Neuro- und Herzdynamik, um Kontrollstrategien zu entwerfen, die entweder der Stabilisierung oder der gezielten Destabilisierung des synchronisierten Zustands dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen