机械振子网络中的嵌合体态

耦合振子的同步是自组织的一种迷人表现，大自然利用它来协调生命的基本过程，例如心脏的跳动。尽管长期以来人们认为同步或无序是相同振子网络相互排斥的稳态，但近年来的大量理论研究揭示了“嵌合体态”的有趣可能性，其中振子群体的对称性被打破为同步部分和异步部分。然而，经验证据的显著缺乏提出了一个问题：嵌合体是否确实是自然系统的特征。这需要一种无需精细调节的嵌合体态的可触实现，从而可以揭示其涌现背后的物理机制。在这里，我们设计了一个简单的实验，使用分层网络中耦合的机械振子，表明嵌合体自然地从两种对抗性同步模式之间的竞争中涌现。我们识别出广泛的复杂态，涵盖并扩展了先前描述的嵌合体集合。我们的数学模型表明，实验中观察到的自组织由力学中的基本动力学方程控制，这些方程在许多自然和技术系统中普遍存在。因此，我们的实验揭示的对称性破缺机制可能在表现出集体行为的系统中普遍存在，例如电网、光机械晶体或通过群体感应通信的微生物种群中的细胞。