Forschung verbindet elastodynamische und elektromagnetische Wellenphänomene

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Stellen Sie sich die Fortschritte bei der prädiktiven Modellierung vor, wenn Sie aus der Art und Weise, wie sich seismische Wellen durch Gebirgssysteme ausbreiten, etwas darüber ableiten könnten, wie Licht die Farben im Gefieder eines Vogels verstärkt.Das ist ein wenig übertrieben, was jedoch auf den “schönen” Nutzen der neuen mathematischen Formeln hindeutet, die vom Chemieprofessor Salvatore Torquato aus Princeton und dem Studenten Jaeuk Kim vom Fachbereich Physik im sechsten Studienjahr entwickelt wurden, während sie unser Verständnis dafür fördern, wie sich verschiedene Arten von Wellen im Inneren von Materialien verhalten.Torquato, der Lewis-Bernard-Professor für Naturwissenschaften und Direktor der Gruppe für komplexe Materialtheorie, veröffentlichte diese Woche in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) Forschungsarbeiten, die Wellenphänomene miteinander verknüpfen, die noch nie zuvor in Verbindung gebracht wurden.

Zum ersten Mal wendet die Forschung einen einheitlichen Ansatz an, der das Verhalten von elastodynamischen (Schall-)Wellen mit dem von elektromagnetischen (Licht-)Wellen bei ihrer Ausbreitung durch heterogene oder zusammengesetzte Materialien verschmilzt.Torquato und Kim zeigen auch, dass die Art und Weise, wie sich diese Wellen durch ein heterogenes Material bewegen, wiederum Eigenschaften der Mikrostruktur des Materials selbst aufklärt.

Die Mikrostruktur – die räumliche Anordnung der verschiedenen Materialien, aus denen das heterogene Material besteht – beeinflusst die Wellenausbreitung.

Dies ist die Grundidee hinter Ultraschalluntersuchungen oder Sonographie, die Bilder von Strukturen in Ihrem Körper erzeugen.Ein homogenes System besteht aus einem einzigen Material.

Ein heterogenes oder zusammengesetztes System ist eine Mischung.

Aber die Mischung dieser einzelnen Materialien – die so genannten Phasen – verbinden sich nicht gleichmäßig; sie bewohnen unterschiedliche Bereiche innerhalb dieses Systems.

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Licht- und Schallwellen bewegen sich durch ein bestimmtes Komposit, und wenn sie auf verschiedene Phasen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften treffen, verhalten sie sich unterschiedlich, streuen und interferieren.

Aufgrund der daraus resultierenden Interferenz ändern sich die Wellengeschwindigkeiten und die Wellen können sich abschwächen oder Energie verlieren.Die entwickelten Formeln….

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