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PROGRAMMA DI RICERCA 2005

italiano - english
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Classificazione geografica
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Parole Chiave
INEQUIVALENZA DEGLI INSIEMI; LASER AD ELETTRONI LIBERI; STATI QUASI-STAZIONARI; CLUSTERING GRAVITAZIONALE; AMMASSI GLOBULARI; MODELLI DI CAMPO MEDIO; MECCANICA STATISTICA NON ESTENSIVA; INTERAZIONE ONDA-PARTICELLA; FASCI DI IONI

Dinamica e termodinamica di sistemi con interazione a lungo raggio

Università degli Studi di Firenze
Abstract
Per forze a lungo raggio, il potenziale d'interazione a due corpi si smorza a grandi distanze, seguendo una legge a potenza il cui esponente e' minore della dimensione spaziale del sistema. Fra i sistemi fisici che presentano interazioni a lungo raggio citiamo quelli gravitazionali, i sistemi con forze Coulombiane non schermate, i sistemi tipo onda-particella, il laser a rinculo atomico collettivo, catene di spin anti-ferromagnetici dominate da effetti dipolari, vortici in meccanica dei fluidi bidimensionale.
La natura stessa dell'interazione a lungo raggio pone dei problemi ad una trattazione termodinamica, poiche' il sistema fisico e' non additivo: i contributi di superficie nella stima dell'energia non possono essere trascurati nel limite termodinamico. Tale proprieta' puo' portare all'inequivalenza degli insiemi statistici, ed e' alla base di comportamenti anomali, quali ad esempio la presenza di calore specifico negativo nell'insieme microcanonico.
Recentemente, vi sono prove sperimentali che confermano tali fenomeni in sistemi di agglomerati metallici e nuclei, effettivamente soggetti ad interazioni a lungo raggio. Da un punto di vista dinamico, i sistemi con forze a lungo raggio sono caratterizzati dalla presenza di stati quasi-stazionari di non equilibrio, che hanno tempi di rilassamento molto lunghi. Le scale di tempo caratteritiche divergono con il numero di particelle N. Tali stati sono osservati in molti sistemi fisici diversi: sistemi >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Stefano RUFFO Università degli Studi di FIRENZE
Obiettivo del Programma di Ricerca
Per interazioni a lungo raggio il potenziale di interazione a due corpi decade, a grandi distanze, con una legge a potenza minore della dimensione spaziale. Le proprietà termodinamiche e dinamiche dei sistemi fisici con interazioni a lungo raggio erano poco comprese fino a pochi anni fa, ed il loro studio era ristretto all'astrofisica (sistemi auto-gravitanti). Negli ultimi anni si è assistito ad un importante progresso nella comprensione delle proprietà termodinamiche dei sistemi interagenti a lungo raggio. E` stato dimostrato che un appropriato "limite termodinamico", quando il numero di particelle tende all'infinito a volume fissato, può essere eseguito, ma, come prezzo da pagare, gli insiemi statistici non sono equivalenti, e ciò conduce ad effetti anomali, quali il calore specifico negativo nell'insieme microcanonico. I sistemi fisici con interazioni a lungo raggio, oltre la gravità, sono: sistemi coulombiani non schermati (fasci di ioni, plasmi carichi freddi intrappolati), interazioni onda-particella, laser a rinculo atomico collettivo, catene di spin anti-ferromagnetici con asse di magnetizzazione preferenziale dominate da interazioni dipolari, vortici in meccanica dei fluidi bidimensionale. Oltre alle strane proprietà termodinamiche menzionate, i sistemi con interazioni a lungo raggio mostrano anche un rilassamento all'equilibrio estremamente lento e la presenza di stati quasi-stazionari, la cui durata aumenta quando il numero di particelle tende all'infinito >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
Le proprietà fisiche dei sistemi con interazioni a lungo raggio sono, in gran parte, capite solo in modo frammentario, sebbene esse costituiscano un ampio spettro di problemi in Fisica.Recentemente, la scoperta di nuovi metodi per affrontare lo studio di questi sistemi ha rivelato la loro importanza in una prospettiva interdisciplinare (astrofisica, fisica nucleare, fisica dei plasmi, cluster metallici, idrodinamica). Le difficoltà principali sono rappresentate dalla costruzione di un trattamento termodinamico e dalla comprensione delle loro proprietà dinamiche. Poiché le interazioni a lungo raggio appaiono in diverse aree scientifiche, rimangono da capire analogie e differenze.

Un sistema con interazioni a lungo raggio è caratterizzato da un potenziale tra particelle V(r)che decresce a grandi distanze più lentamente di una potenza r^(-alpha), con alpha più piccolo o uguale a D, dove D è la dimensione dello spazio che contiene il sistema [1]. Esempi classici sono i sistemi auto-gravitanti [2], i sistemi Coulombiani non schermati [3], i vortici in fluidodinamica bidimensionale [4], le interazioni onda-particella [5], le particelle cariche intrappolate [6], ed anche, in materia condensata, le catene di spin antiferromagnetiche con una direzione di magnetizzazione preferenziale, dove gli effetti dipolari diventano dominanti [7].

Tali sistemi sono termodinamicamente non "estensivi", sebbene i modelli usati per descriverli possono essere resi >>>