Computersimulationen von Nichtgleichgewichtsphänomenen

Das ist eines der Themen des 10. Internationalen Workshops CompPhys09 zu neuen Entwicklungen in der Computerphysik, der jährlich vom Naturwissenschaftlich-Theoretischen Zentrum (NTZ) und der Fakultät für Physik und Geowissenschaften der Universität Leipzig veranstaltet wird. Erwartet werden Experten aus über zehn Nationen, u.a. aus Brasilien, Frankreich, Großbritannien, Japan, Spanien, den USA, Polen, der Ukraine und Ungarn.

Zeit: 26.11.2009 bis 29.11.2009
Ort: Institut für Theoretische Physik,
Vor dem Hospitaltore 1 und
Hörsaal für Theoretische Physik,
Linnéstraße 5
Computersimulationen von physikalischen Systemen fernab vom Gleichgewicht sind einer der Themenschwerpunkte des diesjährigen NTZWorkshops CompPhys09, zu dem bereits zum zehnten Mal Physiker aus aller Welt nach Leipzig kommen. Derartige Systeme sind weit verbreitet und spielen sowohl in der Quantenwelt als auch bei biologischen Vorgängen eine wichtige Rolle. Viele Transportprozesse (Ladung, Wärme, Materie, Autos, Schüttgüter,) fallen in diese Klasse. Für einen Übersichtsvortrag zu diesem Thema, der Modellierungsansätze und Simulationsverfahren auf modernen Höchstleistungsrechnern näher beleuchtet, konnte Professor Nobuyasu Ito von der University of Tokyo, Japan, gewonnen werden.

Computersimulationen von Makromolekülen Computersimulationen von Makromolekülen wie Polymere und Proteine sind nicht nur die Grundlage für Plastikmaterialien, für viele Farben und Verfahren in der Nahrungsmittelindustrie, sondern spielen auch bei nahezu allen Vorgängen des Lebens eine sehr wichtige Rolle.

Diese Systeme sind in der Regel derart komplex, dass oft vergröberte Beschreibungen benutzt werden, die auf grossen Längen- und Zeitskalen zuverlässige Ergebnisse liefern, deren Modellparameter aber aus mikroskopischen Überlegungen abgeleitet werden müssen. Das Schlagen dieser Brücke über viele Zehnerpotenzen in Raum und Zeit ist Gegenstand der auf dem Workshop diskutiererten sogenannten Mehrskalenanalysen die auch in der numerischen Mathematik sehr viele Anwendungen haben.

Vielfalt von Computersimulationen

Ein weiterer Teil des Workshops beschäftigt sich mit ungeordneten Systemen. Hier werden z.B. die Beweglichkeit von Polymeren in porösen Materialien oder die Eigenschaften von Spingläsern untersucht. In einigen Vorträgen wird dabei auch der Frage nachgegangen, inwiefern neue Einsichten in diese Probleme wichtige Auswirkungen auf scheinbar weit entfernte Gebiete wie die kombinatorische Optimierung oder die Graphentheorie haben können. Weitere Beiträge zu Netzwerkstrukturen, dem Verhalten von Finanzmärkten und Infektionsausbreitungen unterstreichen diese Vielfalt. Interdisziplinärer Ansatz.

Viele dieser auf den ersten Blick weit auseinanderliegenden Gebiete haben erstaunlich ähnliche Grundlagen, wodurch algorithmische Verbesserungen der Simulationsmethoden in einem Gebiet oft auf andere übertragen werden können. Deshalb kann ein interdisziplinär ausgerichteter Workshop für fruchtbare gegenseitige Anregungen sorgen. Diese thematische Breite gibt dem Workshop eine Klammerfunktion zwischen Physik, Chemie und Biologie und damit gleich drei profilbildenden Forschungsbereichen der Leipziger Universität:

– Von Molekülen und Nanoobjekten zu multifunktionalen Materialien und Prozessen (PbF1),
– Mathematik und ihre Anwendungen in den Naturwissenschaften (PbF2) und
– Molekulare und zelluläre Kommunikation: Biotechnologie, Bioinformatik und Biomedizin in Therapie und Diagnostik (PbF3), sowie der durch die Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder finanzierten Graduiertenschule

– – Building with Molecules and Nano-objects (BuildMoNa).

Besonders große Überlappungen gibt es außerdem mit der sächsischen DFG-Forschergruppe FOR877 „From Local Constraints to Macroscopic Transport“ und dem internationalen Promotionskolleg „Statistical Physics of Complex Systems“, das seit gut zwei Jahren durch die Deutsch-Französische Hochschule gefördert wird und eine Klasse der Research Academy Leipzig (RAL) ist. Ausdruck dafür ist auch die Anwesenheit zahlreicher Doktoranden und Mitarbeiter von der Partneruniversität Nancy, Frankreich.

Janke freut sich vor allem darüber, dass sich zum Jubiläumsworkshop nicht nur Wissenschaftler aus Europa angemeldet haben, sondern auch Kollegen aus Brasilien, USA und Japan teilnehmen. Wie in den letzten Jahren sind auch wieder osteuropäische Forschergruppen vertreten, mit denen ein regelmässiger wissenschaftlicher Austausch stattfindet. Insbesondere mit der Jagellonian Universität Krakow, Polen, habe man über eine Institutspartnerschaft der Alexander von Humboldt Stiftung und der Zusammenarbeit in einem Krakower Promotionskolleg inzwischen eine sehr enge und fruchtbare Zusammenarbeit aufbauen können.