DUVI

Logo DUVI

Diario da Universidade de Vigo

'Nature Communications' publica un estudo sobre un fenómeno anómalo en gases granulares

Un asombroso efecto froito dunha sutil interacción

Entre os autores do traballo está o profesor da Universidade de Vigo Arno Formella

Etiquetas
  • Ourense
  • Investigación
Rosa Tedín DUVI 02/03/2018

Ante un corpo que perde enerxía a intuición lévanos a pensar que perde tamén temperatura. Porén, a ciencia ás veces sorprende contradicindo coa súa lóxica o que o pensamento intuitivo dá por suposto. Sobre un destes paradoxos no eido da física versa un dos estudos publicados no último número da prestixiosa revista Nature Communications titulado Increasing temperature of cooling granular gases. Nel, os físicos Nikolai V. Brilliantov e Thorsten Pöschel xunto co enxeñeiro informático e profesor da Universidade de Vigo Arno Formella explican como en determinado tipo de gases granulares “pode producirse un efecto sorprendente: aínda que a enerxía cinética do sistema baixe continuadamente a temperatura do gas aumenta”.

“Neste artigo describimos un fenómeno a primeira vista sorprendente. Normalmente nun gas granular homoxéneo, por exemplo nubes de gas cósmico, a enerxía cinética baixa de forma monótona debido ás colisións inelásticas das súas partículas. É dicir, o gas perde enerxía cinética ao mesmo tempo que baixa a súa temperatura”, comenta Arno Formella, director do Grupo Lia2 (Laboratorio de Informática Aplicada) da Escola Superior de Enxeñaría Informática do campus de Ourense. Este efecto de baixada da temperatura do gas granular, detalla, pódese cuantificar coa Lei de Haff. Pero, engade, “cando as colisións conlevan aglomeracións de partículas entón pode producirse un efecto inesperado que consiste en que aínda que a enerxía cinética do sistema segue baixando continuadamente, a temperatura do gas increméntase”.

Este comportamento, sinala o investigador, doutor en ciencias naturais, “é algo que desafía á intuición: como é posible que suba a temperatura cando baixa a enerxía?”. No estudo publicado agora en Nature Communications, os autores sinalan que identificaron “este asombroso efecto e como xorde dunha sutil interacción entre a baixada da enerxía cinética e a redución gradual do número de graos de liberdade asociados coa dinámica das partículas”.

Traballo interdisciplinar

O traballo realizado, comenta Arno Formella, desenvolve a parte de física teórica derivando unhas ecuacións cinéticas de tipo Smoluchowsky, que describen o comportamento da distribución de partículas de tamaños diferentes, e confirma as conclusións teóricas con simulacións numéricas baseadas na simulación Monte Carlo, usando unha parametrización próxima a posibles valores reais. Nikolai V. Brilliantov, actualmente profesor na Universidade de Leicester, en Reino Unido, e Thorsten Pöschel, profesor na Universidade de Erlangen-Nuremberg, en Alemaña, ambos físicos referentes no eido dos materiais granulares, desenvolveron a parte teórica e Arno Formella e Thorsten Pöschel as simulacións numéricas. “O meu traballo consistiu en entender as predicións teóricas destes físicos e desenvolver as simulacións numéricas cuxos resultados confirman o modelo matemático”, comenta Arno Formella, que conta cunha dilatada traxectoria de máis de tres décadas traballando en investigación interdisciplinar nos eidos da informática e a física.

Froito desta colaboración naceu este estudo publicado en Nature Communications. “É unha publicación de alto impacto, cun índice de impacto arredor do 12, polo que loxicamente estamos satisfeitos. Estupendo que se publique o traballo nunha publicación de referencia para a comunidade científica”, comenta o profesor da Universidade de Vigo e tamén director da Escola de Enxeñaría Aeronáutica e do Espazo. Sobre as posibles liñas de continuidade do estudo, sinala que queda por investigar por parte da física experimental a posible observación do efecto descrito mediante a realización de experimentos axeitados e estender os resultados a gases que non se atopen nun estado de equilibrio ou incluso demostrar o efecto inverso, é dicir, a observación dunha baixada de temperatura ao mesmo tempo que se produce unha subida de enerxía cinética a causa do fraccionamento de partículas. Nestas posibles liñas de continuidade do estudo tamén se incluirían as simulacións para atopar condicións de réximes reais que guíen os experimentos con fin de observar o efecto identificado neste artigo, comenta por último Arno Formella.