Viskoelastische Subdiffusion, Transport und anomale Ratenprozesse in multistabilenPotentialen: innerhalb und außerhalb des thermischen Gleichgewichts, Einfluss vonzeitperiodischen und stochastischen Feldern

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Igor Goychuk
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 193948139

Das Vorhaben befasst sich mit anomalen Diffusions-, Transport- undRatenprozessen in komplexen viskoelastischen Medien wie zum Beispiel dichtenPolymerlösungen und Cytosol in biologischen Zellen, die schwach abfallendeKorrelationen und Gedächtniseffekte in Form von verlangsamter BrownscherBewegung aufweisen. Der Einfluss solcher Medien wird durch einen Satz von gekoppelten Brownschen Hilfsteilchen modelliert, welcher ein breites Spektrumder Relaxationszeiten aufweist und eine sehr langsam nach einem Potenzgesetzzeitlich abfallende viskoelastische Kraft und das zugehörige thermische 1/fRauschen bewirkt. Eine Einführung zu solchen Hilfsteilchen stellt eineMarkovsche Einbettung von grundsätzlich Nicht-Markovscher viskoelastischerDynamik dar, die alternativ durch die entsprechende generalisierteLangevin-Gleichung mit einem Gedächtniskern beschrieben werden kann. Der ersteTeil dieses Projektes wird dem Betrieb molekularer Motoren in solchen Umgebungengewidmet, wobei ein Modell der Fluktuierenden-Potenzial-Ratschen untersuchtwird. Der Anomale Ratschen-Transport, der thermodynamische Wirkungsgrad solcherisothermen anomalen Motoren und dessen Optimierung stehen im Fokus desVorhabens. Der zweite Teil befasst sich mit Nicht-Markovscher stochastischerResonanz in solchen Umgebungen. Ein Modell der bistabilen Orientierungs-Dynamikder magnetischen Endosomen in Magnetfeldern wird als ein möglicherphysikalischer Mechanismus für den Einfluss von schwachen Magnetfeldern auflebende Organismen betrachtet und untersucht. Ein solches Magnetosom isttypischerweise elastisch mit dem Zytoskelett verbunden und wird schwachen,konstanten und periodisch oszillierenden Magnetfeldern ausgesetzt. Der dritteTeil widmet sich zum Einfluss von klassischer viskoelastischer Umgebungs-Dynamikauf die Transferkinetik eines Quantenteilchens (z. B. eines Elektrons), daszwischen zwei Standorten tunnelt. Dabei wird die stochastisch gemittelteTransferkinetik und die Statistik der entsprechenden Verweilzeiten untersucht. Zwei verschiedene Zugänge zur gemischten quanten-klassischen stochastischenBeschreibung mit fundierten Gedächtnis-Effekten werden entwickelt, um diesesProblem auf den verschiedenen Parameterbereichen von schwacher bis starkerTunnelkopplung anzusprechen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen