Varios experimentos recientes identifican patrones inusuales en la difusión de partículas, lo que sugiere cierta complejidad subyacente en el proceso que los físicos aún tienen que descubrir. A través de un nuevo análisis publicado en The European Physical Journal B , Adrian Pacheco-Pozo e Igor Sokolov de la Universidad Humboldt de Berlín muestran cómo este comportamiento surge a través de fuertes correlaciones entre las posiciones de partículas en difusión que viajan a lo largo de trayectorias similares.

Sus resultados podrían ayudar a los investigadores a crear mejores modelos del proceso de difusión y, en última instancia, generar conocimientos más profundos sobre cómo se comportan los fluidos.

En muchos casos, la difusión se produce a través de fluctuaciones aleatorias en las posiciones de las partículas a medida que sus vecinas las empujan. Este efecto, conocido como movimiento browniano, se puede visualizar matemáticamente utilizando la distribución normal:una curva en forma de campana que ilustra la probabilidad de encontrar una partícula en cualquier desplazamiento dado desde su posición inicial. Sin embargo, en algunas situaciones, esta distribución puede presentar un pico pronunciado en su centro (la parte superior de la curva de campana), donde la probabilidad de encontrar partículas es especialmente alta.

Este comportamiento tiene mucho en común con los modelos teóricos caracterizados por tasas de difusión que varían entre regiones localizadas, donde, en contraste con la expectativa de que el pico central se suavizará con el tiempo, en realidad se estrecha y permanece agudo.

En su estudio, Pacheco-Pozo y Sokolov investigaron la naturaleza de este pico persistente considerando las matemáticas de los modelos de "caminata aleatoria en tiempo continuo". Aquí, una partícula en difusión espera un período de tiempo aleatorio antes de saltar a una nueva posición, y cuanto más espera, más salta.

En este caso, el dúo demostró que un pico central agudo emerge a través de fuertes correlaciones entre los desplazamientos de partículas saltarinas que siguen trayectorias similares, tanto en el tiempo como en el espacio. De todos modos, el modelo de caminata aleatoria en tiempo continuo no pudo igualar completamente la forma del pico agudo. Esto sugiere la importancia de conexiones más complejas que varían en el tiempo entre partículas, que los investigadores ahora esperan investigar en sus estudios futuros.

Más información: Adrian Pacheco-Pozo et al, Paseos aleatorios en paisajes de difusividad correlacionados, The European Physical Journal B (2023). DOI:10.1140/epjb/s10051-023-00621-z

Información de la revista: Revista Europea de Física B

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