Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

An introduction to active matter

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 1100-4IAM
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: An introduction to active matter
Jednostka: Wydział Fizyki
Grupy: Fizyka, II stopień; przedmioty sp. Matematyczne i komputerowe modelowanie procesów fizycznych
Fizyka, II stopień; przedmioty specjalności "Fizyka teoretyczna"
Fizyka, II stopień; przedmioty z zakresu analizy numerycznej
Fizyka; przedmioty prowadzone w języku angielskim
Physics (Studies in English), 2nd cycle; courses from list "Numerical Analysis"
Physics (Studies in English); 2nd cycle
Punkty ECTS i inne: (brak) Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.

zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: angielski
Założenia (opisowo):

* Basic condensed matter physics and statistical mechanics (for example, topics covered by Chaikin, Paul M., et al.. Principles of condensed matter physics. and Statistical Physics from L D Landau);

* Numerical methods such as solving pde, etc;

* Python (NumPy, matplotlib or similar plotting library)


Skrócony opis:

In recent years active matter physics has become the ideal framework for out-of-equilibrium biological processes. For example, suspensions of motile microorganisms, crosslinked filaments in the cell cytoskeleton, living tissues, and various collective motions of mammals, birds, and fish can be all framed from an active matter perspective. Active systems are driven out of equilibrium by a constant energy input at the microscopic scale, which generally achieves a systematic movement in dissipating it. Despite various similarities with equilibrium systems, active materials constitute a new class of non-equilibrium systems in which the interplay between activity and long-range elasticity gives rise to novel phases with unusual structural, dynamical, and mechanical properties. This course briefly introduces the vast literature in active systems from a computational and theoretical point of view.

Pełny opis:

Topic 1. Active matter: what it is? Why active matter? Flocks, shoals. A review of statistical mechanics.

Computer Lab 1: A refresher to python using Google Collab

Topic 2. Systems out of thermodynamic equilibrium. Fick's law of

diffusion. Langevin equation. Brownian Motion. Ornstein–Uhlenbeck

process

Computer Lab 2: Random Walks. Brownian Motion. Mean Square Displacement.

Correlation Functions.

Topic 3. Dry active matter. Vicsek model. Polar order. Active Brownian

particles. Athermal Phase separation.

Computer Lab 3: A premier to Molecular Dynamics: Linked lists, neighbor

lists. Force Potentials

Topic 4. The Navier–Stokes equation. Nematic liquid crystals. Order

Parameters. Landau Theory of Liquid Crystals. Nematodynamics. Active

nematics.

Computer Lab 4: Vicsek model/Athermal Phase separation/A colloid model

for active nematics.

Literatura:

Chaikin, Paul M., Tom C. Lubensky, and Thomas A. Witten. Principles of

condensed matter physics. Vol. 10. Cambridge: Cambridge university

press, 1995.

Zwanzig, Robert. Nonequilibrium statistical mechanics. Oxford University

Press, 2001.

Ramaswamy, S. (2010). The mechanics and statistics of active matter.

Annual Review of Condensed Matter Physics, 1, 323–345.

Marchetti, M. C., Joanny, J. F., Ramaswamy, S., Liverpool, T. B., Prost,

J., Rao, M., & Simha, R. A. (2013). Hydrodynamics of soft active matter.

Reviews of Modern Physics, 85(3), 1143–1189.

De Magistris, G., & Marenduzzo, D. (2015). An introduction to the

physics of active matter. Physica A: Statistical Mechanics and Its

Applications, 418, 65–77.

Ramaswamy, S. (2017). Active matter. Journal of Statistical Mechanics:

Theory and Experiment, 2017(5), 054002.

Berthier, L., & Kurchan, J. (2019). Lectures on nonequilibrium active

systems. ArXiv.

Shaebani, M. R., Wysocki, A., Winkler, R. G., Gompper, G., & Rieger, H.

(2020). Computational models for active matter. Nature Reviews Physics,

2(4), 181–199.

Metody i kryteria oceniania:

(1) Participation in the classes, (2) Proposed exercises and Python

notebooks explaining the solutions, (3) a final project of choice to be

defended as an oral exam.

Przedmiot nie jest oferowany w żadnym z aktualnych cykli dydaktycznych.
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki.
ul. Pasteura 5, 02-093 Warszawa tel: +48 22 5532 000 https://www.fuw.edu.pl/ kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.3.0 (2024-03-22)