Brownsche Teilchen in Nichtgleichgewichts-Bädern: Experiment und Theorie

• Antragsteller: Juan Ruben Gomez Solano, Ph.D.; Professor Dr. Matthias Krüger
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319193106

Das Konzept der zufälligen Bewegung ist eine bedeutende Säule der experimentellen und theoretischen Physik, und hat zu weitreichenden Einsichten bezüglich statistischer Prozesse im Gleichgewicht und im Nichtgleichgewicht geführt. Kolloidale Teilchen stellen eine nahezu perfekte experimentelle Realisierung solcher Zufallspfade dar, da sich ihre Relaxationszeiten um viele Größenordnungen von denjenigen der umgebenden Flüssigkeiten unterscheiden. So kann bei der Beschreibung selbst stark getriebener Kolloide bedenkenlos davon ausgegangen werden, dass sich die sie umgebende Flüssigkeit im Gleichgewicht befindet. Im beantragten Projekt möchten wir im Gegensatz dazu Kolloide studieren, die sich in einer Nichtgleichgewichtsumgebung befinden, was durch den Einsatz visko-elastischer Flüssigkeiten als Lösungsmittel erreicht werden soll. Visko-elastische Flüssigkeiten weisen deutlich vergrößerte Relaxationszeiten auf, und können daher mit modernen experimentellen Methoden ins Nichtgleichgewicht getrieben werden, womit ein weitgehend unbekannter Forschungsbereich eröffnet wird. Unser Ziel ist es, die universellen Eigenschaften Brownscher Teilchen in Nichtgleichgewichtsbädern zu charakterisieren, im Zusammenspiel von Experiment und Theorie, um ein verbessertes Verständnis von Nichtgleichgewichtsprozessen auf mesoskopischer Skala zu erreichen. Neben praktisch relevanten Einsichten (Visko-elastische Flüssigkeiten wie Polymere oder biologische Flüssigkeiten sind allgegenwärtig in Natur und Technik), verspricht das Studium des "Zufallspfades im Nichtgleichgewicht" fundamentale Einsichten in Prozesse, in denen eine makroskopische Zahl von Freiheitsgraden im Nichtgleichgewicht ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen