Бросьте горсть камешков в ручей: одни лягут на дно, другие вода обогнёт. Примерно так ведут себя волны в неупорядоченной среде — свет в матовом стекле, звук в пористом материале. Обычно беспорядок тормозит движение: волна застревает, расплывается, теряет направление. Но в новой работе физики построили звуковую решётку, где всё иначе.
Решётка — это цепочка полостей, соединённых трубками. В части трубок поставили вентиляторы, которые гонят воздух в одну сторону. Так возникает «воображаемое магнитное поле» для звука: волна чувствует поток, хотя настоящего магнита нет. Добавили случайность — сделали трубки разной длины. Ожидали, что волна запутается. А она повела себя странно: энергия собралась в случайных местах, но при этом сама волна полетела быстро, как по прямой.
Чтобы увидеть это, учёные измерили, как звук гудит в каждой полости, и проследили за бегущим импульсом. Оказалось, место, где волна «застревает», связано с самым длинным случайным блужданием — как человек в незнакомом городе, который петляет, но в итоге оказывается дальше всех от исходной точки. Такое поведение подчиняется статистике арксинуса Леви — закону, который раньше встречали в финансах и случайных процессах, но не в волновой физике.
Этот результат разделяет два понятия: где волна локализована и как быстро она переносит энергию. Раньше считали, что сильная локализация мешает переносу. Теперь видно: можно запереть энергию в случайных точках и одновременно сохранить быстрый, баллистический перенос. Для звука это уже доказано, для света — следующий шаг. Такие среды могут стать основой для новых акустических и оптических устройств, где нужно направлять волну, несмотря на неидеальности.
Статистика арксинуса Леви, которую увидели в эксперименте, описывает, сколько времени случайное блуждание проводит на положительной стороне. Удивительно, но крайние случаи — почти всё время с одной стороны — встречаются чаще, чем равномерное распределение.