Dinámica y fenómenos fuera del equilibrio en materia granular y activa en dos dimensiones

Resumen

En este trabajo analizamos distintos fenómenos fuera del equilibrio presentes en medios granulares y activos, algunos de ellos no reportados previamente en la literatura. Dentro de los gases granulares, describimos en detalle y proponemos un marco teórico para explicar la aparición de efectos de memoria térmicos, en particular del efecto Mpemba en esferas rugosas y de los efectos Kovacs y Mpemba en un sistema de partículas viscolásticas, acompañamos esta descripción teórica con simulaciones de dinámica molecular y Monte Carlo, que muestran un alto grado de acuerdo. De manera análoga, estudiamos un sistema granular bidimensional de baja densidad, confinado entre paredes inelásticas y térmicas; demostrando la existencia de fenómenos convectivos sin necesidad de gravedad; es más, mostramos cómo en algunos casos la inelasticidad en colisiones particula-partícula no es imprescindible para la formación de los gradiente térmicos que generan la convección. Dentro del ámbito experimental, hemos realizado experimentos con un sistema quasi-2D de esferas excitadas por aire. Encontramos grandes desviaciones respecto a sistemas de equilibrio en campos como la difusión o la forma de la función de distribución, también mostramos la existencia de transiciones de fase y coexistencia de las mismas, a diferencia de lo que sucede en el modelo clásico KTHNY. En el caso de la materia activa, hemos realizado múltiples experimentos con un sistema de rotores quirales, observamos la formación de un movimiento colectivo quiral de las partículas y, lo que es más sorprendente, una transición de el sentido de esa quiralidad global a medida que inyectamos más energía en el sistema (sin que los rotores cambien su quiralidad geométrica intrínseca). También estudiamos fenómenos de difusión anómala en este sistema así como el efecto de añadir partículas de quiralidad opuesta (mezcla binaria).