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Dynamik komplexer Fluide

Ein komplexes Fluid besteht aus (einer Vielzahl von) ähnlichen mobilen Einheiten, die einzeln komplex genug sind, eine einfache Vorhersage des kollektiven Verhaltens des gesamten Systems auszuschließen. Unsere Forschung zielt darauf, die Phänomene der Selbstorganisation zu verstehen, wie beispielsweise die Musterbildung und Selbstorganisation in komplexen Flüssigkeiten. Wir hoffen, geeignete Modellsysteme zu identifizieren, die Einblicke in übergeordnete Prinzipien der Selbstorganisation in vielfältigen Systemen liefern, wie die Strömung von Granulaten, die Musterbildung in geologischer Umgebung, die Aggregation von Planetesimalen in Ur-Wolken, Schwärmen in Bakterienkolonien oder in Plankton oder Muster in Verkehrsströmen. Eine herausfordernde Frage ist: Gibt es gemeinsame "Prinzipien" hinter den verschiedenen Arten der Symmetriebrechung, der Strukturbildung und der Emergenz in offenen Systemen? Das Finden solcher Prinzipien oder aber auch der Nachweis ihrer Nichtexistenz wären gleichbedeutend nützlich. Neben den Mechanismen der spontanen Symmetriebrechung sind, mit großem Anwendungspotenzial, die Untersuchungen von Systemen mit unterdrückter Regellosigkeit, wie die Benetzung von zufälligen Strukturen. Wir wenden ein breites Spektrum von Methoden einschließlich der analytisch statistischen Theorie, der modernen Simulations­verfahren und den neuesten experimentellen Techniken an.

Aus fundamentaler Sicht haben granulare Materialien (sowohl trockene als auch nasse) gezeigt, dass sie vielseitige Modellsysteme sind und sich für die Untersuchung von Kollektivverhalten in Systemen eignen, die das Gleichgewicht auf der mikroskopischen Skala brechen. Ihr besonderer Reiz liegt in ihrer Anordnung an der Grenze von komplexen Schnittstellen, weicher Materie und Systemen weit vom thermischen Gleichgewicht, wodurch sie Kompetenzfelder von verschiedenen Untergruppen der Abteilung verbinden. Das wird besonders deutlich in unseren Projekten zur Untersuchung der Physik auf Poren-Skala bei der Ölgewinnung (gefördert von BP Inc.), die granulare Physik und die Benetzung bei unterdrückten Störungen kombiniert. Auf der komplexen Seite sind biologische Materie und biologische Systeme die kompliziertesten Systeme, die wir studieren; wir versuchen jedoch uns auf diejenigen zu konzentrieren, die noch einfach genug sind, durch physikalische und physikalisch-chemischen Prinzipien beschrieben zu werden. Durch die Kombination mit unseren Kenntnissen der granularen Systeme entsteht natürlicherweise ein weiterer Schwerpunkt unserer Forschung: Das Leben in komplexen Geometrien. Ein Projekt mit besonders enger Verbindung zum Alltag betrifft die öffentlichen Verkehrsmitteln, wo wir versuchen, ein bedarfsgesteuertes System in Südniedersachsen auf der Grundlage der Prinzipien der statistischen Physik und numerischer Simulationen nach aktuellem Stand der Technik zu etablieren.

Forschungsgruppen

Übergreifende Forschungsprojekte

Projektpartner

 
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