I fisici dell'Università di Bayreuth sono tra i pionieri internazionali della teoria del funzionale di potenza. Questo nuovo approccio consente per la prima volta di descrivere con precisione la dinamica dei sistemi a molte particelle nel tempo. Le particelle possono essere atomi, molecole o particelle più grandi invisibili all'uomo. La nuova teoria generalizza la teoria del funzionale della densità classica, che si applica solo ai sistemi a molte particelle in equilibrio termico. In Recensioni di fisica moderna , un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Dr. Matthias Schmidt presenta le caratteristiche di base della teoria, che è stata notevolmente sviluppata ed elaborata a Bayreuth.

Un sistema a molte particelle è in equilibrio termico quando la temperatura al suo interno è bilanciata e non si verificano flussi di calore. Ciò non significa necessariamente che il sistema sia in uno stato di riposo rigido. Alcuni sistemi a molte particelle possono anche essere paragonati a una macchina per estrazione della lotteria, che ruota a velocità costante. Le palle hanno molta libertà di movimento e saltano avanti e indietro in modo disordinato. In un sistema fluido a molte particelle, le particelle sono imballate in modo notevolmente più denso rispetto al tamburo, motivo per cui si scontrano costantemente tra loro a brevi distanze e intervalli di tempo. Le proprietà essenziali di tali sistemi possono essere descritte in modo completo e preciso con la teoria del funzionale della densità, a condizione che sia dato un equilibrio termico del sistema.

Nel caso dell'estrattore della lotteria, questo equilibrio viene perso non appena la rotazione uniforme rallenta gradualmente e la camera va invertita. Quindi le palline con i numeri vincenti rotolano su una guida all'interno della camera e vengono infine espulse. Per registrare tali processi in modo preciso e senza lacune, è necessaria la teoria del funzionale di potenza:traduce la fortuna dei vincitori nel linguaggio della fisica.

"La teoria del funzionale della densità classica è una teoria molto approfondita e allo stesso tempo esteticamente attraente. È in grado di descrivere e mettere in relazione i processi spesso molto complessi che hanno luogo in un sistema durante l'equilibrio termico. Questi processi includono, ad esempio, transizioni di fase, cristallizzazioni o fenomeni come l'idrofobicità, che si verifica quando superfici o particelle evitano il contatto con l'acqua. Spesso, tali processi sono di grande rilevanza tecnologica o biologica. L'eleganza e la potenza della teoria del funzionale della densità ci ha spronato a Bayreuth in passato dieci anni per cercare modi per rendere accessibili i sistemi a molte particelle in squilibrio termico a una descrizione fisica altrettanto precisa ed elegante. I partner di ricerca dell'Università di Friburgo in Svizzera hanno contribuito a questa ricerca con studi importanti. Ad esempio, i nostri sforzi congiunti hanno ha portato alla teoria del funzionale di potenza, che estende la teoria del funzionale della densità ai processi dipendenti dal tempo", riporta Prof. Dr. Matthias Schmidt, titolare di una cattedra in fisica teorica all'Università di Bayreuth. + Esplora ulteriormente

Teoria del funzionale della densità allo stato stazionario