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Kinetic Limits of Many-Body Classical Systems

Description du projet

Combler les manquements de la théorie cinétique

Comprendre comment les lois physiques passent d’une échelle à une autre est un défi fondamental de la physique mathématique. Le projet KiLiM, financé par le CER, se penche sur ce problème en étudiant de grands systèmes de particules en interaction, en particulier dans les gaz et les plasmas. Ces systèmes sont décrits par les équations de Boltzmann et de Landau, qui sont des composantes clés de la théorie cinétique. Établir une base rigoureuse pour ces équations demeure toutefois un problème non résolu, en particulier pour les interactions interatomiques réalistes. KiLiM entend combler cette lacune en démontrant la validité de la théorie cinétique pour les modèles d’interaction courants, tels que les forces de Lennard-Jones et l’écrantage des potentiels de Coulomb, en allant au-delà des modèles idéalisés de sphères dures. Ces travaux pourraient améliorer notre compréhension de la mécanique statistique hors équilibre et de la transition vers l’équilibre dans les systèmes complexes.

Objectif

This project studies the transition between dynamical laws governing the physical world at different scales. Our focus will be on large systems of interacting particles with random initial data, underlying the kinetic theory of gases and dilute plasmas. Central to this theory are the Boltzmann equation, and its appropriate modification for charged particles given by Landau. Their description of approach to equilibrium and irreversible behaviour is a legendary success in the physics of time-dependent phenomena. Nevertheless, the rigorous foundation of such equations remains a largely immature aspect of the theory. This is a major problem in mathematical physics and non-equilibrium statistical mechanics. The effective equations of kinetic theory are an approximation of particle systems ruled by the time-reversible laws of classical mechanics. But their validity should become exact in a suitable limit of large system size.

In the last decade, there has been substantial progress in the derivation of kinetic equations from first principles. Such work is restricted to rarefied regimes. Results are available for models of interacting monatomic gases of identical particles. Besides the macroscopic equations leading the average behaviour, results have been obtained for fluctuations, large deviations, and for the random evolution of tracer particles. Equilibrium fluctuations are in itself of great interest, including results on long time scales which justify physically relevant applications.

Most of the results hold only for an overidealized model of hard-sphere interactions. None of them is, with the present techniques, extendable to realistic interatomic potentials. The goal is to bridge this gap by proving the validity of kinetic theory for some of the most common interaction models in physics: such as the Boltzmann equation for Lennard-Jones type forces, the Vlasov-Boltzmann equation for mixtures, and the Landau equation for screened Coulomb potentials.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA
Contribution nette de l'UE
€ 1 396 400,00
Coût total
€ 1 396 400,00

Bénéficiaires (1)