Исследование опубликовано 28 сентября в Nature Physics. Ученые работали с так называемыми гиперболическими материалами, в которых волны распространяются не во всех направлениях одинаково, как в обычной среде, а вдоль строго определенных траекторий.
В обычной комнате или оптической полости действует привычное правило отражения: угол падения равен углу отражения. Если стенки имеют сложную форму, после множества столкновений траектории становятся все более запутанными. В физике такие системы сравнивают с бильярдом, в котором шар бесконечно отскакивает от стен необычной формы.
В гиперболической среде правила меняются. После отражения волна может уходить совсем не туда, куда ожидалось бы в обычном материале. Исследователи предполагали, что это сделает картину еще сложнее.
Получилось наоборот. После множества отражений волны постепенно концентрировались вокруг одних и тех же замкнутых траекторий. Исследователи назвали их гиперболическими волновыми аттракторами. Возникающий рисунок оказался устойчивым, сохранялся в широком диапазоне длин волн и обладал направленностью: траектория могла закручиваться по или против часовой стрелки.
Эксперимент провели на механическом метаматериале, где исследователи могли непосредственно наблюдать распространение вибраций. Но тот же математический принцип применим к другим типам волн, включая свет, радиоволны и звук. В перспективе такие структуры могут пригодиться для оптических микросхем, разделения сигналов, сенсоров и устройств, способных направлять энергию в заранее выбранную область.
Особенно красиво здесь то, что порядок возникает не вопреки сложной геометрии, а благодаря сочетанию этой геометрии с необычными свойствами материала.
Иногда, чтобы избавиться от хаоса, систему не нужно упрощать. Достаточно изменить правила, по которым она движется.
