Dipartimento di Fisica

Stormi superfluidi e sciami critici

Stormi di uccelli e sciami di insetti mostrano comportamenti collettivi straordinari e assolutamente non banali. Come in molti sistemi di materia condensata, tali comportamenti sono una conseguenza delle interazioni tra i membri del gruppo e possono essere studiati con tecniche di meccanica statistica.
Recentemente il gruppo COBBS (Collective Behaviour in Biological Systems), coordinato da Andrea Cavagna e Irene Giardina, ha realizzato due importanti scoperte che aiutano a comprendere meglio questi fenomeni.

In un lavoro pubblicato su Nature Physics (Cover paper, Settembre 2014), i ricercatori COBBS descrivono il meccanismo chiave che permette agli stormi di raggiungere e mantenere la coordinazione globale osservata. Partendo da dati sperimentali, essi dimostrano che l'informazione direzionale si propaga all'interno dello stormo come un'onda, con una velocità tanto più alta quanto più è ordinato il sistema. Sorprendentemente, la legge di propagazione è formalmente analoga alla propagazione superfluida ed e' una conseguenza delle proprietà di simmetria del sistema.
Contrariamente agli stormi di uccelli, gli sciami di insetti non mostrano alcun ordine globale. Eppure anch'essi presentano pattern collettivi non banali. In un articolo su Physical Review Letters appena pubblicato (Viewpoint in Physics), i ricercatori COBBS mostrano che non solo esistono regioni correlate all'interno degli sciami reali, ma che ogni sciame presenta il grado di correlazione massima che potrebbe avere data la sua taglia. Da un punto di vista biologico, cio' significa che gli sciami si auto-organizzano in modo da rispondere alle perturbazioni in maniera collettiva e con la massima efficienza possibile. Da una prospettiva di meccanica statistica, gli sciami sono sistemi perennemente ai margini di una transizione e rappresentano un raro esempio biologico quantitativo di criticalita' di taglia finita.

Il gruppo COBBS e' un gruppo congiunto dell'Istituto dei Sistemi Complessi del CNR (UOS Sapienza) e del Dipartimento di Fisica. Il COBBS studia fenomeni di 'flocking' e 'swarming' partendo da esperimenti sui sistemi reali e sviluppando teorie e modelli basate sui dati. Membri: Alessandro Attanasi, Andrea Cavagna, Chiara Creato, Lorenzo Del Castello, Supravat Dey, Irene Giardina, Asja Jelic, Stefania Melillo, Leonardo Parisi, Edward Shen, Edmondo Silvestri, Massimiliano Viale.

Gli scienziati e i ricercatori intenti alla ripresa video dei moscerini che sciamano.

Contatti:
Andrea Cavagna andrea.cavagna@roma1.infn.it
Irene Giardina irene.giardina@roma1.infn.it