Lotteri held i lyset af fysik:Forskere præsenterer teori om dynamikken i mange-partikelsystemer

Fysikere ved University of Bayreuth er blandt de internationale pionerer inden for magtfunktionel teori. Denne nye tilgang gør det muligt for første gang præcist at beskrive dynamikken i mange-partikelsystemer over tid. Partiklerne kan være atomer, molekyler eller større partikler, der er usynlige for mennesker. Den nye teori generaliserer den klassiske tæthedsfunktionelle teori, som kun gælder for mange-partikelsystemer i termisk ligevægt. I Reviews of Modern Physics , præsenterer et forskerhold ledet af prof. Dr. Matthias Schmidt de grundlæggende træk ved teorien, som blev væsentligt udviklet og uddybet i Bayreuth.

Et system med mange partikler er i termisk ligevægt, når temperaturen i dets indre er afbalanceret og ingen varmestrømme finder sted. Dette betyder ikke nødvendigvis, at systemet er i en stiv hviletilstand. Nogle mange-partikel systemer kan også sammenlignes med en lotteri maskine, som roterer med en konstant hastighed. Boldene har en masse bevægelsesfrihed i sig og hopper frem og tilbage på en uordnet måde. I et flydende mangepartikelsystem er partiklerne pakket betydeligt tættere end i tromlen, hvorfor de konstant kolliderer med hinanden med korte afstande og tidsintervaller. Væsentlige egenskaber ved sådanne systemer kan beskrives fuldstændigt og præcist med densitetsfunktionsteorien - forudsat at der er givet en termisk ligevægt af systemet.

I tilfældet med lodtrækningsmaskinen går denne ligevægt tabt, så snart den ensartede rotation gradvist aftager, og kammeret går i bakgear. Så ruller kuglerne med de vindende numre ind på en skinne inde i kammeret og bliver til sidst kastet ud. For at registrere sådanne processer præcist og uden huller er magtfunktionsteorien nødvendig:den oversætter vindernes held til fysikkens sprog.

"Den klassiske tæthedsfunktionsteori er en meget dybdegående og samtidig æstetisk tiltalende teori. Den er i stand til at beskrive og relatere de ofte meget komplekse processer, der foregår i et system under termisk ligevægt. Disse processer omfatter f.eks. faseovergange, krystalliseringer eller fænomener såsom hydrofobicitet, der opstår, når overflader eller partikler undgår kontakt med vand. Ofte er sådanne processer af stor teknologisk eller biologisk relevans. Elegancen og kraften i tæthedsfunktionsteorien har ansporet os i Bayreuth i fortiden ti år til at søge efter måder at gøre mange-partikelsystemer i termisk uligevægt tilgængelige for en lige præcis og elegant fysisk beskrivelse.Forskerpartnere ved universitetet i Fribourg i Schweiz har bidraget til denne søgning med vigtige undersøgelser. For eksempel har vores fælles indsats resulteret i magtfunktionel teori, som udvider tæthedsfunktionel teori til tidsafhængige processer," rapporterer Prof. Dr. Matthias Schmidt, der har en lærestol i teoretisk fysik ved University of Bayreuth. + Udforsk yderligere

Steady-state densitet funktionel teori