Ilmuwan internasional telah menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa ada jenis khusus dari struktur gelombang - sebuah "Dark Solitons" - dapat diproduksi di dalam air. Seperti soliton terang - yang dianggap bertanggung jawab untuk memperkuat gelombang laut. Dark Solitons adalah permukaan "amplop gelombang" lokal yang menyebabkan penurunan sementara dalam amplitudo gelombang.Tidak seperti gelombang laut yang unik, yang selalu berkembang karena mereka surut dan mengalir, soliton mempertahankan bentuk dan ukuran yang konstan selama soliton bergerak. Soliton biasanya melakukan perjalanan lebih lambat dari background waves, yang termodulasi ketika mereka melalui soliton dan kembali ke amplitudo asli mereka seperti mereka muncul kembali.
Istilah dark soliton dan bright soliton dipinjam dari optik, di mana mereka bermanifestasi sebagai titik terang dan bayangan gelap dalam serat optik. sebelumnya, soliton yang pertama kali terlihat pertama kali terlihat tahun 1830-an. Penemuan di tahun 1960-an dan 1970-an dari soliton terang pada permukaan perairan laut dalam awalnya membuat tertegun ilmuwan kelautan, tetapi banyak percobaan telah dilakukan untuk mengeksplorasi dan mengkonfirmasi fenomena sejak saat itu, termasuk soliton terang sebagai pembibitan rogue wave di laut. Soliton dari kedua bujukan terang dan gelap kini telah terlihat di serat optik, plasma, kondensat Bose-Einstein dan di tempat lain. Tetapi , soliton gelap masih belum pernah terlihat di dalam air sampai sekarang.
Prediksi ikut berperan
Amin Chabchoub, matematikawan di Imperial College London, menerapkan persamaan nonlinear Schrödinger (NLS) - model diterima secara luas untuk menggambarkan perkembangan gelombang air - yang memiliki keluarga besar solusi soliton. Ada dua bentuk persamaan: kasus fokus, yang memproduksi soliton cerah dan hanya berlaku di dalam air, dan kasus defocusing, yang mengatur gelombang di perairan dangkal dan mengarah ke solusi-soliton gelap. Syarat terbentuknya kasus adalah, kh (wavenumber dikalikan dengan kedalaman air) harus kurang dari 1,363.
Tim Chabchoub menggunakan tangki gelombang dengan panjang 17 m, diisi sampai kedalaman 40 cm. Dengan dayung dikendalikan komputer di salah satu ujung tangki, para peneliti menghasilkan gelombang sinus stabil dengan amplitudo 4 cm dan ketinggian permukaan awal yang tepat, sesuai dengan persamaan NLS defocusing. Pengukur gelombang konduktif ditempatkan pada interval sepanjang tangki dipantau propagasi gelombang.
Seperti yang diperkirakan, para peneliti menyaksikan amplitudo Background wave jatuh ke nol ketika mereka melewati soliton, kemudian kembali ke besaran awal mereka setelah keluar dari soliton. Tidak hanya itu, prediksi teoritis tim tentang bagaimana lebar soliton - yaitu, jumlah gelombang latar belakang di bawah pengaruhnya pada waktu tertentu - harus bervariasi dengan berbagai faktor (misalnya air yang lebih dalam, soliton lebih luas) juga ditanggung spektakuler baik dalam data. "Kami benar-benar dapat mengatakan bahwa maka mereka benar-benar soliton gelap, tidak hanya dari bentuknya, tetapi juga bahwa mereka memiliki karakteristik ini yang disediakan oleh teori," kata Chabchoub.
Jalan berfikir baru
"Ini adalah hasil yang menarik," kata Roger Grimshaw dari Loughborough University, yang tidak terlibat dalam penelitian. "Sementara kedua versi NLS diketahui berlaku untuk optik, ini adalah pertama kalinya bahwa hal yang sama telah ditunjukkan untuk gelombang air. Ini membuka pintu untuk sebuah cara baru berpikir tentang gelombang nonlinier di perairan dangkal, meskipun mungkin bahwa ini adalah hanya untuk rentang yang terbatas kh. "
Model untuk nonlinier yang diterima secara luas untuk gelombang air dangkal, di mana kh mendekati nol, adalah persamaan Korteweg-de Vries (KdV), yang memiliki solusi soliton yang berbeda kuat dari yang dijelaskan oleh persamaan NLS. "Percobaan dalam makalah ini adalah untuk soliton kecil, tetapi terbatas kh -. 1.2.
Chabchoub mengatakan prioritas berikut dari kelompok adalah untuk menyelidiki interaksi antar soliton. "Apa yang terjadi jika Anda bertabrakan dengan orang-orang ini?" dia bertanya, "atau jika soliton gelap dan terang bertemu?" Ini adalah penelitian yang akhirnya dapat membantu insinyur desain teknologi untuk memediasi gelombang destruktif di pantai dengan cara lebih baik . "Jika ada gelombang besar datang, mungkin kita bisa menstabilkan atau bertindak melawan mereka. Kami belum tahu," kata Chabchoub. Dia menunjukkan bahwa tim "perlu melakukan simulasi numerik untuk menyelidiki apakah struktur koheren bisa memiliki pengaruh pada tsunami atau pada perambatan gelombang tinggi.".
penelitian dipublikasikan di Physical Review Letters.