Várias experiências recentes identificam padrões incomuns na difusão de partículas, sugerindo alguma complexidade subjacente no processo que os físicos ainda não descobriram. Através de nova análise publicada no The European Physical Journal B , Adrian Pacheco-Pozo e Igor Sokolov, da Universidade Humboldt de Berlim, mostram como esse comportamento emerge por meio de fortes correlações entre as posições das partículas em difusão que viajam ao longo de trajetórias semelhantes.



Seus resultados poderiam ajudar os pesquisadores a criar melhores modelos do processo de difusão – em última análise, extraindo insights mais profundos sobre como os fluidos se comportam.

Em muitos casos, a difusão ocorre através de flutuações aleatórias nas posições das partículas à medida que são empurradas pelos seus vizinhos. Conhecido como movimento browniano, este efeito pode ser visualizado matematicamente usando a distribuição normal:uma curva em forma de sino que ilustra a probabilidade de encontrar uma partícula em qualquer deslocamento dado a partir da sua posição inicial. No entanto, em algumas situações, esta distribuição pode apresentar um pico acentuado no seu centro – o topo da curva em forma de sino – onde a probabilidade de encontrar partículas é especialmente elevada.

Este comportamento tem muito em comum com modelos teóricos caracterizados por taxas de difusão que variam entre regiões localizadas – onde, em contraste com a expectativa de que o pico central irá suavizar ao longo do tempo, na verdade estreita-se e permanece acentuado.

No seu estudo, Pacheco-Pozo e Sokolov investigaram a natureza deste pico persistente considerando a matemática dos modelos de “caminhada aleatória em tempo contínuo”. Aqui, uma partícula em difusão espera um período de tempo aleatório antes de saltar para uma nova posição – e quanto mais espera, mais longe ela salta.

Neste caso, a dupla mostrou que um pico central acentuado emerge através de fortes correlações entre os deslocamentos de partículas saltadoras seguindo trajetórias semelhantes, tanto no tempo quanto no espaço. Mesmo assim, o modelo de passeio aleatório em tempo contínuo não conseguiu corresponder totalmente ao formato do pico agudo. Isto sugere a importância de conexões mais complexas e variantes no tempo entre partículas, que os investigadores esperam agora investigar nos seus estudos futuros.

Mais informações: Adrian Pacheco-Pozo et al, Passeios aleatórios em paisagens de difusividade correlacionadas, The European Physical Journal B (2023). DOI:10.1140/epjb/s10051-023-00621-z
Informações do diário: Revista Física Europeia B

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