Si avvia alla conclusione un grande ed ambizioso progetto di ricerca di Matematica dal titolo “Sistemi di particelle interagenti e processi stocastici”, coordinato dal prof. Cristian Giardinà di Unimore – Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia, che potrebbe rivoluzionare la costruzione di tutti i dispositivi elettronici che dissipano calore: telefonini, computer ecc.
Finanziato dal MIUR, con la concessione di un contributo di 900.000 euro, 600mila dei quali destinati ad Unimore, il progetto iniziato nel 2012 e conclusosi quest’anno si è posto l’obiettivo di aumentare la nostra comprensione dei fenomeni fisici di non-equilibrio (per esempio il trasporto del calore) attraverso modelli matematici (i sistemi di particelle) e tecniche di natura probabilistica (i processi stocastici).
“L’ambizione – spiega il coordinatore del progetto prof. Cristian Giardinà di Unimore – è quella di poter arrivare a produrre una teoria matematica dei fenomeni di non-equilibrio che abbia ricadute applicative”.
Si pensi ad una barra di metallo collegata alle sue estremità a due sorgenti di calore a temperature diverse, per cui il calore si muove dall’estremità più calda a quella più fredda. La legge della fisica che descrive questo processo fu scoperta nel 1822 da Joseph Fourier. Tale legge empirica, che dice che il flusso di calore nella barra è proporzionale al gradiente di temperatura, non ha tutt’oggi un fondamento teorico completo, cioè i modelli matematici che sono stati proposti sono in grado di dedurre questa legge solo a livello approssimato.
“Dai nostri studi – continua il prof. Cristian Giardinà – emerge che le leggi empiriche del trasporto (come la legge di Fourier) non sono valide in sistemi uni-dimensionali, cioè in sistemi con una sola dimensione spaziale. Si immagini di rendere la barra così piccola (sulla scala del nanometro) da renderla indistinguibile da una linea. Ebbene la legge di Fourier non è più’ valida!”
I sistemi di bassa dimensionalità non sono più solo esercizi accademici dei matematici, poiché cominciano oggi ad essere realizzati sperimentalmente attraverso nuovi materiali come il grafene. Lavorando sui singoli atomi di carbonio si riesce oggi a costruire “barre unidimensionali”.
“Il nostro studio teorico – precisa il prof. Cristian Giardinà – permette di fare previsioni sulle nuove leggi del trasporto in questo tipo di materiali che si candidano a rivoluzionare l’elettronica dei prossimi decenni. Quello che emerge è che il flusso di calore nella barra non è solo proporzionale al gradiente di temperatura ma anche alla lunghezza della “barra”. In altri termini, la predizione teorica dei nostri modelli è che la conducibilità termica del grafene possa essere controllata attraverso la sua lunghezza. Se la previsione sarà confermata il vantaggio nella costruzione di tutti i dispositivi elettronici (telefonini, computer, etc) che dissipano calore sarà immenso”.
La proiezione internazionale è stata fina dall’inizio la cifra distintiva di questo progetto e già il convegno di apertura nel 2012 vide la partecipazione di circa 50 invitati, provenienti da 30 diverse università. “E in questi anni il progetto – aggiunge il prof. Cristian Giardinà – ha permesso di creare uno stimolante ambiente di ricerca, di cui hanno potuto approfittare gli studenti, i dottorandi ed i ricercatori di Unimore, tanto che alcuni di essi oggi hanno conquistato posizioni accademiche in alcune delle più prestigiose università straniere: 2 al Politecnico di Delft (Olanda), 1 all’Università di Bochum (Germania) e 1 all’Università di Nottingham”.
A livello Unimore il gruppo di lavoro era composto, oltre che dal prof. Cristian Giardinà del Dipartimento di Scienze Fisiche Informatiche e Matematiche – FIM, anche dal prof. Claudio Giberti del Dipartimento di Scienze Metodi dell’Ingegneria – DISMI e dalla prof.ssa Cecilia Vernia del FIM.
Cristian Giardinà
E’ Professore Associato di Fisica Matematica dal 2010 presso l’Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia. E’ autore di circa 60 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali e 2 monografie di ricerca. I suoi interessi di ricerca sono la fisica statistica matematica e la teoria dei processi stocastici. E’ stato assistant professor di Probabilità’ presso l’università’ di Eindhoven (Olanda) dal 2005 al 2010. E’ membro dell’editorial board delle riviste internazionali “Journal of Statistica Physics” e “Mathematical Physics, Analysis and Geometry”. E’ coordinatore del Dottorato in Matematica e membro del Presidio di Qualita’ di Unomore.. E’ Research Fellow di EURANDOM, European Institute for Statistics, Probability, Stochastic Operations Research and their Applications.
