Un murmure d'étourneaux. La phrase se lit comme quelque chose de la littérature ou le titre d'un film d'art et d'essai. En réalité, il est destiné à décrire le phénomène qui se produit lorsque des centaines, parfois des milliers, de ces oiseaux volent en piqué, motifs étroitement coordonnés à travers le ciel.

Ou en termes plus techniques, flocage.

Mais les oiseaux ne sont pas les seules créatures qui affluent. Un tel comportement a également lieu à une échelle microscopique, comme lorsque les bactéries errent dans les plis de l'intestin. Pourtant oiseau ou bactérie, tout flocage a un prérequis :la forme de l'entité doit être allongée avec une « tête » et une « queue » pour s'aligner et se déplacer avec les voisins dans un état ordonné.

Les physiciens étudient le flocage pour mieux comprendre l'organisation dynamique à différentes échelles, souvent comme un moyen d'élargir leurs connaissances du domaine en développement rapide de la matière active. Le cas d'espèce est une nouvelle analyse par un groupe de physiciens théoriciens, dont Mark Bowick, directeur adjoint du Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) de l'UC Santa Barbara.

Généraliser le modèle standard de mouvement de flocage à la surface courbe d'une sphère plutôt qu'au plan linéaire habituel ou à l'espace tridimensionnel plat, L'équipe de Bowick a découvert qu'au lieu de s'étendre uniformément sur toute la sphère, les agents en forme de flèche s'ordonnent spontanément en bandes circulaires centrées sur l'équateur. Les découvertes de l'équipe apparaissent dans le journal Examen physique X .

"Que ce soit l'essaimage de bactéries, les cellules errent ou les « flèches » énergivores volent, ces systèmes partagent des caractéristiques universelles indépendantes de la taille et de la structure précises des agents ainsi que de leurs interactions détaillées, " a déclaré l'auteur correspondant Bowick, qui est en congé de l'Université de Syracuse alors qu'il travaillait au KITP. "Les états ordonnés de ces systèmes ne sont jamais parfaitement uniformes, donc les fluctuations de densité génèrent du son, de la même manière que les instruments à vent créent de la musique."

Sur les surfaces courbes, l'équipe, qui comprend Cristina Marchetti, membre général du KITP, et Suraj Shankar, diplômé du KITP, trouvé des modes sonores "spéciaux" qui ne se dissipent pas et ne contournent pas les obstacles. Selon Bowick, ces modes spéciaux correspondent à des harmoniques ou des tons spéciaux qui ne se mélangent pas avec toutes les autres harmoniques.

Il a également noté que ces modes sont spéciaux précisément parce que la géométrie de la bande de l'équateur est très différente de la géométrie plane d'une surface plane. Par exemple, une particule se déplaçant sur un anneau revient à son point de départ même si elle suit une trajectoire « rectiligne ». Cela n'arrive pas dans un avion, où les entités continuent éternellement en ligne droite, pour ne jamais revenir, à moins qu'ils ne rencontrent un bord. Cette caractéristique est une conséquence directe de la topologie très différente de la sphère et du plan.

"Même si une sphère elle-même n'a pas de bord, les motifs d'essaimage ont un bord - le bord de la bande, " dit Bowick. " Donc, simplement en consommant localement de l'énergie, les agents actifs sur la sphère pullulent spontanément et créent un bord."

Les auteurs ont également analysé une autre forme incurvée, une figure en forme de sablier appelée caténoïde. Contrairement à une sphère sur laquelle convergent des droites parallèles, la courbure concave du caténoïde fait diverger les parallèles. Cette courbure opposée repousse les entités de flocage et les ondes sonores associées vers les bords supérieur et inférieur du sablier, laissant le milieu à nu, le contraire de ce qui se passe sur une sphère.

"Le simple fait que ces systèmes affluent est assez remarquable car ils génèrent dynamiquement du mouvement, " dit Shankar, doctorant dans le programme de matière molle du département de physique de l'Université de Syracuse. "Mais ce sont des systèmes beaucoup plus riches que ce à quoi nous nous attendions car ils génèrent également ces modes sonores" topologiquement protégés "."