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Sistemi fuori dall’equilibrio e Self-Organized Bistability: importante risultato del gruppo di Fisica Statistica e dei Sistemi Complessi in collaborazione con l’Università di Granada

Il lavoro del gruppo del Dipartimento di Fisica e Scienza della Terra pubblicato sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters

Siamo abituati a osservare sistemi fisici che subiscono brusche transizioni, in cui un piccolo cambiamento di una condizione produce un improvviso e radicale cambiamento di stato. Spesso questi cambiamenti di stato sono indotti da un fattore esterno conosciuto, come la temperatura, la pressione, e si possono quindi prevedere e controllare.

A volte però, in sistemi di complessità superiore, come gli ecosistemi, o il cervello, che non raggiungono mai uno stato di equilibrio, queste brusche transizioni che generano eventi catastrofici sembrano corrispondere ad una sorta di “oscillazione naturale” del sistema, che in maniera auto-organizzata si sposta da uno stato molto attivo ad uno stato di quasi totale inattività. Questo sembra accadere ad esempio nei processi di desertificazione periodica, nelle variazioni spontanee della barriera corallina e di popolazioni in competizione. L’oscillazione tra stati attivi ed inattivi sembra essere presente anche nella corteccia cerebrale dei mammiferi, in cui l'attività neurale spontanea varia bruscamente da uno stato spento ad uno stato acceso, senza nessuna causa apparente esterna. Perché accade? Nel caso del cervello, sembra che ciò permetta prestazioni ottimali per l’elaborazione delle informazioni e per la reattività agli stimoli. Tuttavia una spiegazione di questi comportamenti non è ancora conosciuta.

I ricercatori del gruppo di Fisica dei Sistemi Complessi del Dipartimento di Fisica e Scienza della Terra dell’Università di Parma, in collaborazione con l’Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional, dell’Università di Granada hanno ottenuto un importante risultato mostrando come sistemi di grande complessità possano auto-organizzarsi in maniera spontanea attorno ad uno stato di bistabilità, chiamato Self-Organized-Bistability (SOB). I ricercatori hanno formulato una teoria matematica che riproduce bene i risultati osservati negli stati di non equilibrio con brusche transizioni, riuscendo quindi ad identificare alcune dei meccanismi principali che generano queste oscillazioni spontanee. La ricerca ha coinvolto una dottoranda del nostro ateneo, che sta svolgendo il suo dottorato contemporaneamente a Parma e all’Università di Granada con un accordo di cotutela. Questo le permetterà di ottenere sia il titolo italiano che quello spagnolo, grazie ad un accordo esistente tra i dottorati della nostra Università e quelli delle più importanti UniversitàEuropee.

 

 

Pubblicato Venerdì, 8 Luglio, 2016 - 11:02 | ultima modifica Giovedì, 28 Luglio, 2016 - 13:43