Proprieta' statiche e dinamiche e formazione di strutture in fluidi colloidali e sistemi quantistici: aspetti teorici e sperimentali

Il progetto comportera' lo svolgimento di attivita' sia teorica che sperimentale nell'ambito della fisica dei liquidi e si articolera' nei seguenti punti: 1) Abbiamo recentemente sviluppato un nuovo metodo statistico basato su algoritmi genetici, chiamato Genetic Inversion via Falsification of Theories (GIFT), per l'analisi di problemi inversi mal posti che si presentano sotto forma di un'equazione integrale di Fredholm. La problematica e' cosi' generale che puo' trovare applicazione in svariati ambiti scientifici. Attualmente abbiamo applicato GIFT allo studio di proprieta' dinamiche di sistemi quantistici superfluidi attraverso l'inversione della trasformata di Laplace di funzioni di correlazione in tempo immaginario da noi calcolate con tecniche Quantum Monte Carlo (QMC). In questo contesto GIFT si e' dimostrato superiore a metodi normalmente utilizzati, come ad es. Maximum Entropy. Si prevede di applicare GIFT allo studio di proprieta' dinamiche di sistemi quantistici sia sul continuo (fluidi e solidi quantistici) che su reticolo (modello di Hubbard 2D) e di estenderne l'applicazione ad altri tipi di problemi inversi di origine anche sperimentale, vedi punto 4). 2) Ci proponiamo lo sviluppo di approcci adatti a trattare fluidi colloidali caratterizzati da forze interparticellari quasi adesive, cioe' molto intense su scale di lunghezza assai inferiori alle dimensioni delle particelle. In particolare, prevediamo di estendere la teoria di Ornstein-Zernike termodinamicamente consistente SCOZA, finora da noi implementata per potenziali di Yukawa, a potenziali di profilo generico, mediante un algoritmo abbastanza robusto da fornire soluzioni anche in tale regime. 3) Recentemente abbiamo impiegato la teoria del funzionale densita' per descrivere la nascita di microfasi dovuta alla competizione tra attrazione a corto raggio e repulsione a lungo raggio in fluidi ad una componente. Prevediamo di estendere questo metodo a sistemi a due componenti per studiare la formazione di strutture in miscele binarie con repulsione tra particelle di specie diverse. Questo puo' essere di interesse per il punto 4). 4) L'attivita' sperimentale riguardera' lo studio topologico delle strutture che si formano in sospensioni di nanoparticelle sottoposte ad un gradiente termico. Proseguiremo l'indagine delle proprieta' statiche e dinamiche di questi sistemi, e valuteremo la possibilita' di caratterizzarne la dinamica rotazionale utilizzando il metodo di inversione statistica GIFT descritto al punto 1). In precedenza abbiamo mostrato come la formazione di strutture osservata sperimentalmente possa essere modellizzata in termini di competizione tra due popolazioni di individui che si evitano reciprocamente. Prevediamo di continuare lo studio numerico delle proprieta' spazio-temporali delle strutture cellulari generate dalla competizione, al quale verra' affiancata l'indagine teorica descritta al punto 3).