Project R-6053

FWO reiskrediet voor een kort studieverblijf aan het Nordita, Nordic Institute for Theoretical Physics (Onderzoek)

Stochastische thermodynamica is het onderwerp van dit kort verblijf. Het is een nieuw onderzoeksveld dat ons begrip van non-equilibrium processen in fysica en chemie radicaal veranderd heeft. De ontwikkelingen worden gekarakteriseerd door het gemeenschappelijke idee om concepten van equilibrium thermodynamica te adapteren en generaliseren naar het non-equilibrium rijk, en dit vooral op het niveau van 'single particle trajectories' die gemonitord worden over de evolutie van het volledige systeem. Thermodynamische concepten zoals warmte, arbeid, entropieproductie, efficiëntie, enz. hebben dus om die reden een betekenis genomen voor kleine systemen op de micro- en nanometer schaal, waar thermische fluctuaties alomtegenwoordig zijn. Bijvoorbeeld, het werd gerealiseerd dat de Onsager wederkerigheidsrelaties slechts een ander aspect zijn, dichtbij equilibrium, van een familie van eerder algemene relaties die zich ook ver van het equilibrium houden, en die nu gekend zijn als fluctuatie theorema. We zullen focussen op de recente ontwikkelingen betreffende de efficiëntie van kleine machines. Voor deze machines wordt de efficiëntie van energieomzetting een stochastische kwantiteit. Het volgende opmerkelijke resultaat was recent ontdekt: voor lange maar eindige looptijden, is de reversibele efficiëntie (bv. Carnot efficiëntie) het minst waarschijnlijk (in de zin van grote afwijkingen). Deze eigenschap is een regelrecht gevolg van het fluctuatie theorema. Gedurende dit kort verblijf zijn we van plan een belangrijke klasse aan kleine machines te bestuderen, namelijk Brownse en moleculaire motors. Deze vormen een actief onderzoeksveld vanwege hun groot belang in biologische systemen op (sub-) cellulair niveau, en als artificieel gefabriceerde micro-apparaten. De grootte van deze machines op de micrometer schaal en daaronder maakt het van groot belang om stochastische elementen in hun beschrijving op te nemen om het effect van thermische fluctuaties te modelleren. Daardoor zijn de vermogen in- en output, alsook de efficiëntie, sterk fluctuerende kwantiteiten. Begrip van de eigenschappen van deze fluctuaties is van groot belang voor zowel technologische als biologische toepassingen.

16 maart 2015 - 27 maart 2015