Klassische, quanten und aktive Flüssigkeiten außerhalb des Gleichgewichts

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Berges; Professor Dr. Stefan Flörchinger; Professor Dr. Christof Wetterich
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Strömungsmechanik ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406818893

Die theoretische Beschreibung von Nicht-Gleichgewichtssystemen ist aufgrund ihrer Vielfalt und Allgegenwärtigkeit eine wichtige Aufgabe. Ziel von NEQfluids ist ein vereinheitlichter Zugang mit Hilfe der Funktionalen Renormierungsgruppe zu solchen Systemen, die als Flüssigkeiten beschrieben werden können. Darunter fallen inkompressible, klassische Fluide, kompressible, klassische und Quantenflüssigkeiten, dunkle Materie und aktive Materie. Ziel von NEQfluids ist es, Expertise und Kapazitäten über traditionelle Grenzen zwischen wissenschaftlichen Feldern hinweg zu konzentrieren um ein tieferes, fundamentales Verständnis von Nicht-Gleichgewichts-Flüssigkeiten zu erreichen. Konkret stellen wir uns vier Herausforderungen:Voll entwickelte klassische Turbulenz: Ziel ist ein quantitatives Verständnis der statistischen Eigenschaften klassischer Turbulenz in inkompressiblen Flüssigkeiten die durch die Navier-Stokes Gleichung beschrieben werden. Kollektives Verhalten aktiver Materie: wir möchten Gemeinsamkeiten in der makroskopischen, kollektiven Bewegung von selbstangetriebenen, lebenden oder künstlichen Systemen wie etwa Vogelschwärmen oder Bakterienkolonien verstehen. Wir konzentrieren uns insbesondere auf polar geordnete Schwärme und aktive, smektische Phasen.Flüssigkeits-Eigenschaften von Quantenfeldern: wir planen ab initio die makroskopischen Eigenschaften von Flüssigkeiten zu berechnen, die eine mikroskopische Beschreibung als relativistische oder nicht-relativistische Quantenfeldtheorie besitzen. Makroskopische Eigenschaften von dunkler Materie und kosmologische Strukturbildung: Ziel ist die Entwicklung einer detaillierten Renormierungsgruppentheorie zur kosmologischen Strukturbildung. Obwohl diese Systeme recht unterschiedlich sind, werden wir einen vereinheitlichten Zugang nutzen: die funktionalen Renormierungsgruppe (fRG), eine moderne Formulierung der Wilson’schen Renormierungsgruppe. Fundament dieses Zugangs ist eine exakte Flussgleichung, deren einfache Form Näherungen erlaubt, die nicht auf einer Entwicklung in einem kleinen Parameter beruhen, sondern auf einer Trunkierung im funktionalen Raum. Diese nicht-störungstheoretische Methode kann auch dann zu akkuraten Resultaten führen, wenn eine Theorie stark gekoppelt ist. Sie ist sehr vielfältig einsatzbar, für klassische und Quantensysteme, im thermischen Gleichgewicht und außerhalb sowie für alle Arten von Feldern und in jeder Dimension. Die Stärke von NEQfluids ist die gemeinsame Expertise der Projektpartner zu diesem leistungsfähigen theoretischen Zugang.Die enge Zusammenarbeit zwischen den Partnern ist ein wesentlicher Aspekt für den Erfolg dieses Projekts. Der Austausch wird erleichtert durch viele theoretische Verknüpfungen zwischen den zu studierenden Systemen. Fruchtbarer Austausch zwischen den Gebieten wird zu einem substantiellen Fortschritt im Verständnis der verschiedenen physikalischen Probleme führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Léonie Canet; Dr. Hugues Chaté; Professor Dr. Bertrand Delamotte