非平衡開放系における時空カオスの相転移

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本研究では、非平衡開放系における大自由度時空カオス間の相転移を理解するために、液晶の電気流体力学的対流現象(EHC)をモデルシステムとして、実験的な立場から時空カオス間の相転移に対して平衡系での相転移の概念がどこまで適用できるか定量的に明らかにし、また非平衡系における新しいユニバーサルな特徴を見出すことを目的とした。この目的のために、コントロールパラメターを液晶基板間電圧とし、EHCの逐次遷移過程を詳しく調べた。当初の目標としては、2種類の動的散乱状態間の相転移を明らかにすることであったが、この乱流状態よりも弱い乱流状態である欠陥乱流と、時空的に秩序だったパターンであるグリッドパターン状態の間の転移に関して非常に興味深い結果が得られた。我々はこれまで、EHCに対し振動シアー流を外部摂動として印可した際に発現する不安定性について実験的な研究を行っており、臨界不安定点近傍において動的スケーリング則が成り立つことを明らかにしている。この経験を踏まえ、欠陥乱流-グリッドパターン転移点上にコントロールパラメターを固定した状態で、振動シアー流を摂動として印加した際、パターンの時空構造がどのようなものになるか明らかにする実験を試みた。その結果、弱い乱流状態から秩序化されたグリッドパターンへのゆっくりとした秩序化過程を見出した。その際、秩序化の指標としてグリッドパターンの欠陥数の時間変化に注目したところ、欠陥数はシアー流の印加時間に対して、指数関数的に減少することを見出した。この研究により、非平衡開放系における相転移、及び秩序化過程に対する理解を深めるきっかけとなる結果が得られた。