Was haben Plasmawellen und Glühwürmchen gemeinsam?

23.01.2015

Es ist lange bekannt, dass ein Schwarm von Glühwürmchen einen gemeinsamen Rhythmus sucht, bis ihre nächtlichen Lichtblitze zum selben Zeitpunkt erfolgen. In der Sprache der Physik heißt das: eine große Zahl von Oszillatoren ist miteinander synchronisiert. 

In der aktuellen Ausgabe von PHYSICAL REVIEW LETTERS [_104_, 235002 (2010)] berichten Kristoffer Menzel und Dr. Oliver Arp aus der Arbeitsgruppe von Prof. Piel über ähnliche Vorgänge in nichtlinearen Wellenfeldern. Bei Experimenten mit staubigen Plasmen unter Schwerelosigkeit fanden Sie, dass das Wellenfeld von Staubdichtewellen in mehrere ausgedehnte Inseln gleicher Frequenz aufgeteilt ist, zwischen denen scharfe Frequenzsprünge erfolgen. Die zugehörigen Wellenfronten sind dabei gezwungen, sich durch Gabelungen aufzuspalten oder zu vereinigen. 

Dieses Verhalten ist fundamental anders als in linearen Wellenfeldern, die überall dieselbe Wellenfrequenz besitzen, in denen sich jedoch die Wellenlänge stetig anpasst, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit sich ändert. Das Phänomen der Bildung von Frequenzinseln deutet für das nichtlineare Wellenfeld auf einen anderen zugrunde liegenden Mechanismus: Die Bausteine des Wellenfeldes sind gekoppelte nichtlineare Oszillatoren, die innerhalb einer Insel miteinander synchronisiert sind -- ähnlich wie der Schwarm von Glühwürmchen.