Les physiciens déverrouillent le secret de la synchronisation – des lucioles clignotantes aux foules en liesse

Des physiciens du Trinity College de Dublin ont percé le secret qui explique comment de grands groupes d'”oscillateurs” individuels – des lucioles clignotantes aux foules en liesse, et des horloges au clic des métronomes – ont tendance à se synchroniser lorsqu’ils sont en compagnie les uns des autres.

Leurs travaux, tout juste publiés dans la revue Examen physique de la recherche, fournit une base mathématique pour un phénomène qui a laissé des millions de personnes perplexes – leurs équations nouvellement développées aident à expliquer comment le hasard individuel vu dans le monde naturel et dans les systèmes électriques et informatiques peut donner lieu à la synchronisation.

Nous savons depuis longtemps que lorsqu’une horloge tourne légèrement plus vite qu’une autre, les connecter physiquement peut les faire avancer dans le temps. Mais faire synchroniser un grand nombre d’horloges de cette manière était considéré comme beaucoup plus difficile, voire impossible, s’il y en avait trop.

Les travaux des chercheurs de Trinity expliquent cependant que la synchronisation peut se produire, même dans de très grands ensembles d’horloges.

Les lucioles illuminent le ciel nocturne. Bien qu’elles présentent un comportement individuel aléatoire (lorsqu’elles clignotent), des groupes de mouches étroitement alignées se synchroniseront au fil du temps. Crédit : Rajesh Rajput

Le Dr Paul Eastham, professeur agrégé Naughton en physique à Trinity, a déclaré :

« Les équations que nous avons développées décrivent un assemblage de dispositifs de type laser – agissant comme nos « horloges oscillantes » – et elles dévoilent essentiellement le secret de la synchronisation. Ces mêmes équations décrivent cependant de nombreux autres types d’oscillateurs, montrant que la synchronisation est plus facilement réalisée dans de nombreux systèmes qu’on ne le pensait auparavant.

« De nombreuses choses qui présentent un comportement répétitif peuvent être considérées comme des horloges, des lucioles clignotantes et des foules applaudissantes aux circuits électriques, métronomes et lasers. Indépendamment, ils oscilleront à des vitesses légèrement différentes, mais lorsqu’ils forment un assemblage, leurs influences mutuelles peuvent surmonter cette variation.

Cette nouvelle découverte a une suite d’applications potentielles, y compris le développement de nouveaux types de technologies informatiques qui utilisent des signaux lumineux pour traiter l’information.

Référence : « Synchronisation dans les réseaux d’oscillateurs désordonnés : transition de phase sans équilibre pour les bosons entraînés-dissipatifs » par John P. Moroney et Paul R. Eastham, 1er novembre 2021, Examen physique de la recherche.
DOI : 10.1103 / PhysRevResearch.3.043092

La recherche a été soutenue par l’Irish Research Council et a impliqué le Trinity Centre for High Performance Computing, qui a été soutenu par la Science Foundation Ireland.