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PROGRAMMA DI RICERCA 2005

italiano - english
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
Classificazione geografica
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submitted to Phys. Rev. E (2005).
http://babbage.sissa.it/abs/cond-mat/0501599.
Parole Chiave
SISTEMI COMPLESSI; MECCANICA STATISTICA; STRUTTURA DELLA MATERIA; TURBOLENZA; SISTEMI DISORDINATI; CAOS; TEORIA DELL'INFORMAZIONE; MATERIALI GRANULARI

Meccanica statistica dei sistemi complessi

Università degli Studi di Roma "La Sapienza"
Abstract
I sistemi complessi rappresentano un campo emergente dal forte aspetto interdisciplinare e dalle importanti applicazioni tecnologiche. La complessita' implica che le interazioni tra gli elementi del sistema siano piu' importanti dei dettagli del singolo elemento e la necessita' di metodi statistici per descrivere il sistema. Nel presente progetto proponiamo di investigare diversi aspetti della complessita' mediante una combinazione di esperimenti, analisi dati, modelli numerici e teoria. Gli argomenti che studieremo includono le proprieta' matematiche della complessita', la teoria dell'informazione e il caos. Questi concetti trovano una naturale applicazione nel campo del trasporto e della turbolenza, nel cui contesto studieremo la turbolenza elastica, il flusso bi-fasico e le instabilita' di Rayleigh-Taylor. Proprieta' complesse emergono anche nella scienza dei materiali quando disordine e fluttuazioni diventano importanti: in particolare ci concentreremo sui materiali granulari, l'isteresi ferromagnetica, la crescita delle superfici e la dinamica delle proteine. Infine, applicheremo queste idee al di la' dei sistemi fisici, esplorando la statistica e la dinamica delle reti e discutendo la loro rilevanza per sistemi biologici, tecnologici e sociali. La realizzazione di questo programma sara' possibile grazie all'integrazione delle competenze complementari dei diversi gruppi di ricerca.

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Vittorio LORETO Università degli Studi di ROMA "La Sapienza"
Obiettivo del Programma di Ricerca
L'obiettivo del progetto e` lo studio delle proprieta' collettive presenti nei sistemi complessi e con molti di gradi di liberta'. Le caratteristiche principali di tali sistemi, che hanno una rilevanza anche applicativa, sono le forti correlazioni spazio-temporali e le fluttuazioni non gaussiane. Quindi non e` quasi mai possibile usare tecniche standard di meccanica statistica (come approssimazioni di campo medio e sviluppi in serie ad alte temperature) o approssimazioni che hanno come base di partenza sistemi lineari gaussiani. Tipici esempi sono rappresentati dai sistemi caratterizzati da invarianza di scala, caos e fenomeni d'intermittenza che appartengono ad un'area di ricerca che e' parte della meccanica statistica "non-convenzionale", quella relativa allo studio di sistemi fuori dall'equilibrio e, piu' in generale, dei sistemi non Hamiltoniani. Nell'ambito di quest'area molto vasta di problemi, ci occuperemo in particolare dei seguenti temi.

a) TURBOLENZA e TRASPORTO (Unita' 2,4,5)

L'obiettivo principale e' la caratterizzazione delle proprieta' statistiche del trasporto turbolento di traccianti attivi complessi. Nel caso delle soluzioni polimeriche, indagheremo in dettaglio la fenomenologia della turbolenza elastica, regime turbolento che e' stato osservato solo di recente. Il nostro obiettivo e' lo studio, mai effettuato in precedenza, della fenomenologia della turbolenza elastica descritta per mezzo di simulazioni numeriche dirette di >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
a) TURBOLENZA e TRASPORTO (Unita' 2,4,5)

Soluzioni polimeriche e turbolenza elastica

E' ben noto che l'aggiunta di piccole quantita' di lunghe catene polimeriche in un flusso produce grandi effetti sulla stabilita' linere del flusso e sul trasporto di massa e quantita' di moto [a.1]. Il piu' eclatante effetto e' la riduzione, sino allo 80%, degli attriti in seguito all'aggiunta di poche parti per milione di polimeri in un flusso turbolento [a.2]. Un altro effetto importante osservato solo di recente in soluzioni polimeriche e' lo sviluppo di turbolenza di tipo elastico per numeri di Reynolds molto elevati e alti valori dell'elasticita' [a.3]. Il flusso polimerico in tale regime manifesta irregolarita' anche per basse velocita', alte viscosita' e per piccoli contenitori che ospitano il fluido. Il moto e' caratterizzato da un ampio intervallo di scale attive spazio-temporali, con decadimento degli spettri aventi leggi di tipo algebrico. Per tale ragione, la turbolenza elastica e' un ottimo modo per generare mixing a bassi numeri di Reynolds, situazione incontrata per esempio nei "micro canali" [a.4]. Lo studio della turbolenza in soluzioni polimeriche ha visto rapidi progressi solo di recente e la fenomenologia della drag reduction e' stata riprodotta per mezzo di simulazioni numeriche di semplici modelli viscoelastici [a.5,a.6]. Indagini analitiche recenti hanno mostrato che i flussi viscoelastici possono manifestare instabilita' di tipo >>>