אחרי 50 שנה: נפתרה תעלומת "גלי הזאב הבודד"

סוליטונים, שידועים גם בתור "גלי זאב בודד" (lone wolf waves), הם גלים השונים מגלים נורמליים. מדובר בגלים עם משוואה לא-ליניארית, שמתקדמים ללא כל שינוי במרחב, ושומרים על צורתם, מהירותם ואפילו על האנרגיה שלהם לאחר התנגשות עם גלים אחרים. פתרון מתמטי חדש שפותח על ידי מדענים באוניברסיטת באפלו חוזה את התופעה באופן מדויק יותר מאשר אי פעם.

בשנות ה-60 של המאה הקודמת, הפיזיקאים נורמן זבוסקי ומרטין קרוסקל פיתחו נוסחה - משוואת קורטווג דה וריז - כדי לתאר את פעולתם של סוליטונים. השניים גם הגו פתרון כדי לשער את היווצרות הגלים. אך פתרון של המשוואה המתמטית מצריך חישובי מחשב מתוחכמים, מה שהגביל את יכולתם של המדענים לחקור את הפרטים הקטנים של הגלים האניגמטיים.

במחקר חדש שפורסם בכתב העת Physical Review Letters, החוקרים מאוניברסיטת באפלו מפרטים פתרון פשוט יותר למשוואת קורטווג דה וריז. "עבודתם המפורסמת של זבוסקי וקרוסקל משנות ה-60 פיתחה את תחום תיאוריית הסוליטונים", הסביר אחד החוקרים, ג'ינו ביונדיני. "אך עד עכשיו, היה חסר לנו הסבר פשוט למה שהם תיארו. השיטה שלנו מעניקה תיאור מלא של הפתרון שהם מצאו, וזה אומר שאנחנו סוף כל סוך יכולים להבין טוב יותר את מה שמתרחש בתחום הזה".

בניגוד לפתרון הקודם, שלא הצליח לחזות את סוגי הגלים שמדענים הבחינו בהם בטבע, הפתרון האחרון מאפשר למדענים לחזות את המראה של סוליטונים על פי פרמטרים סביבתיים.

מדענים באיטליה וביפן השתמשו בעבודתם של ביונדיני ועמיתיו כדי לבנות מחולל גלי מים שמסוגל לייצר סוליטונים. המודל אכן ייצר את גלים המתאימים לתחזיותיהם של החוקרים מאוניברסיטת באפלו. כמו כן חשף המודל תופעה קשורה שנקראת "הישנות", שבה סוליטון יחיד מתפצל לכמה סוליטונים לפני שהם מתאחדים חזרה לכדי גל "זאב בודד" שוב. "אפשר להשוות את זה להצבת חבורת ילדים בחדר כדי שישחקו, ואז לחזור אחר כך ולמצוא שהחדר שב למצבו המסודר והנקי לפני תקופה של בלגן", הסבירו החוקרים.