Phase shielding solitons

Abstract

Los solitones son el fen omeno universal m as profundamente estudiado, debido a los innumerables sistemas físicos en los cuales se observa. Estas soluciones corresponden a estados localizados y coherentes que surgen naturalmente en sistemas extendidos, siendo una de sus propiedades m as fascinantes el hecho de que pueden ser tratados como partículas macroscópicas a pesar de estar formados por numerosos componentes microscópicos. Desde su primera descripci on, realizada por J. S. Russell en 1884, el estudio de solitones se centró en sistemas conservativos por más de cien años. Sin embargo, los pioneros trabajos de Alan Turing e Ilya Prigogine demostraron que los sistemas fuera del equilibrio se auto{ organizan por medio de la generación de estructuras disipativas. Hoy en día, sabemos que es justamente este mecanismo el que permite la formación de solitones disipativos en sistemas con inyección y disipación de energía. Nuestro principal interés ha sido caracterizar de forma analítica y numérica a los solitones que emergen en sistemas forzados paramétricamente{sistemas forzados por medio de un parámetro efectivo que var a en el espacio y/o tiempo. Los sistemas forzados param etricamente pueden experimentar una resonancia paramétrica, la cual se caracteriza por una respuesta subarm onica (subm ultiplos de la frecuencia natural del sistema). Dada la complejidad que presentan los sistemas paramétricos, focalizamos nuestro estudio en la ecuación de Schrödinger no lineal disipativa forzada paramétricamente (PDNLS). Este modelo caracteriza bien la din amica de sistemas forzados param etricamente, en torno al punto de aparición de la resonancia paramétrica, en el límite de baja disipación e inyección de energía. Los solitones disipativos, presentes en PDNLS, típicamente muestran una estructura de fase uniforme. Dichas estructuras han sido ampliamente utilizadas para describir a los solitones hidrodinámicos que aparecen en el experimento de Faraday, estados localizados de la magnetización en un hilo magnético, o los clásicos solitones presentes en una cadena de péndulos con soporte verticalmente vibrado, entre otros. Por medio de simulaciones numéricas interactivas de solitones disipativos en la ecuaciónPDNLS, hemos logrado observar una interesante din amica de frentes de fase hasta ahora desconocida. Estos frentes de fase se propagan hasta alcanzar un punto de equilibrio estacionarioarbitrario. A este tipo de solitones los hemos llamado solitones escudados por la fase (phase shielding solitons), dado que la estructura nal de fase pareciera proteger al módulodel solit on. Hemos logrado caracterizar anal ticamente estas soluciones localizadas, determinando ocho posibles con guraciones. Los solitones estudiados poseen una talla característica dada por el tamaño de la estructura de fase estacionaria. Adem ás, extendimos nuestro estudio al caso bidimensional, mostrando los resultados, dos tipos de phase shilding solitons bidimensionales; axialmente simétricos y asimétricos. Los primeros pueden ser entendidos como una rotación en 2 de las soluciones simétricas encontradas en el caso unidimensional. Por su parte, las soluciones asimétricas bidimensionales presentan propiedades mucho más interesantes, ya que su estructura nal de fáse contiene todas las con guraciones halladas en el caso unidimensional. Con el n de corroborar la existencia de solitones disipativos con estructura de fase no uniforme en sistemas físicos, realizamos simulaciones numéricas de diversos sistemas paramétricos reales. Satisfactoriamente, concluimos que el fenómeno phase shielding soliton es universal, y esperamos que pueda ser prontamente observado experimentalmente.