Randinduzierte Phasenübergänge in Systemen selbstangetriebener Teilchen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Schadschneider
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227555662

Viele komplexe Systeme lassen sich als Ansammlung wechselwirkender selbstangetriebener Teilchen auffassen. Wichtige Beispiele sind Autobahnverkehr und Fußgängerdynamik ebenso wie Bewegungen in biologischen Systemen vom intrazellulären Transport durch molekulare Motoren bis hin zur Bildung von Schwärmen oder Herden. Diese Systeme zeigen oft interessantes kollektives Verhalten wie Strukturbildung, Phasenübergänge etc. Um die physikalischen Grundlagen dieser Nichtgleichgewichtsphänomene zu verstehen benötigt man möglichst einfache Modelle, die aber die wesentlichen Aspekte erfassen.Die oben beschriebenen Systeme sind typischerweise „offen“ in dem Sinne, dass Teilchen mit der Umgebung ausgetauscht werden können, in der Regel am Rand des Systems. Für quasi-eindimensionalen Transport wird dies paradigmatisch durch den asymmetrischen Exklusionsprozess (ASEP) beschrieben. Sein Phasendiagramm und die Dynamik sind mittlerweile verhältnismäßig gut verstanden. Allerdings enthält der ASEP nur eine Teilchensorte ohne innere Freiheitsgrade. Für die meisten Anwendungen ist dies unrealistisch. Deshalb benötigt man komplexere Modelle mit mehreren Teilchensorten und inneren Freiheitsgraden. Eine weitere wichtige Verallgemeinerung betrifft die Randbedingungen, die normalerweise als zeitlich konstant angenommen werden. In den meisten Anwendungen ist diese Annahme aber nicht erfüllt. So variiert z.B. das Verkehrsaufkommen während eines Tages sehr stark. Durch die Untersuchung dieser Problemkreise wollen wir ein vertieftes Verständnis des Nichtgleichgewichtsverhaltens offener Systeme mit wechselwirkenden, selbstangetriebenen Teilchen unter Berücksichtigung einer nicht-Newtonschen verrauschten Dynamik gewinnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Gunter Markus Schütz