INTERNATIONAL SCHOOL OF STATISTICAL PHYSICS

Nell’ultimo decennio all’EMFCSC è mancata una scuola specificamente dedicata alla fisica statistica. Di conseguenza, è stato difficile organizzare eventi in questo campo in rapida crescita. Negli ultimi anni la Scuola Internazionale dello Stato Solido e la Scuola Internazionale sulla Complessità hanno accettato di ospitare eventi proposti da noi e dai nostri colleghi, anche se gli argomenti trattati erano solo marginalmente pertinenti. La fisica statistica è una denominazione ampiamente accettata per riferirsi a una comunità interdisciplinare in crescita che comprende fisici, chimici, biologi e ingegneri. A questo proposito, la meccanica statistica è solo un sotto-argomento, mentre l’interesse attuale è oggi più orientato verso la fisica biologica e la nanotecnologia dei dispositivi bio-sintetici e artificiali. Questo dovrebbe garantire un ampio pubblico e un’offerta potenzialmente ricca di nuovi corsi e scuole. La fisica statistica ha ramificazioni in molte aree delle scienze naturali, comprese quelle storicamente considerate remote, come la fisica delle particelle e nucleare, la teoria dei campi o anche la fisica sperimentale, come la rilevazione delle onde gravitazionali. L’obiettivo di una Scuola Internazionale di Fisica Statistica potrebbe cambiare nel corso degli anni, ma certamente ci si aspettano argomenti emergenti e scoperte sempre nuove per i decenni a venire. La natura dimostra che è possibile progettare macchine molecolari complesse ed efficienti. Le funzioni cellulari chiave sono svolte da una varietà di “motori” molecolari, che sono attualmente al centro di intense ricerche in biologia. Dal punto di vista dei fisici e degli ingegneri, l’esistenza di queste nanomacchine biologiche apre la possibilità di utilizzare i principi alla base del loro funzionamento per guidare la progettazione di motori artificiali su scala nanometrica. La nanotecnologia può infatti già manipolare componenti funzionanti esistenti – prodotti dalla natura – per sviluppare nuovi motori biomolecolari. D’altra parte, i recenti progressi nella scienza dei materiali e le nuove tecniche di fabbricazione hanno permesso la prototipazione di dispositivi inorganici sintetici con precisione atomica. Esempi significativi sono i NEMS (per l’energy harvesting), i dispositivi a vortice superconduttori (come qubit allo stato solido ed emettitori di THz), le navette di elettroni (come porte logiche miniaturizzate) e le membrane nanoporose (come setacci molecolari), che – analogamente ai motori molecolari biologici – possono essere progettati per utilizzare l’energia proveniente dall’ambiente per eseguire operazioni assegnate. In questo contesto, grazie alla loro potenziale semplicità e robustezza, i nanodispositivi inorganici stanno suscitando un crescente interesse come opzione valida. Attualmente lo stato dell’arte può essere riassunto come segue: – I dispositivi artificiali ispirati alla biologia condividono alcune caratteristiche importanti con i motori biologici. A causa delle loro piccole dimensioni, entrambi sono dominati da fluttuazioni di non-equilibrio, per cui la loro descrizione in termini di concetti di termodinamica macroscopica fallisce; entrambi sono in grado di svolgere la loro funzione raccogliendo energia dall’ambiente, sfruttando così le fluttuazioni di non-equilibrio. – Tuttavia, al momento attuale e nonostante gli sforzi compiuti, il macchinario molecolare biologico è ancora nettamente superiore ai dispositivi fabbricati artificialmente, di molti ordini di grandezza. Questo rimane vero, anche in assenza di una definizione comunemente accettata di efficienza per i motori che operano in ambienti con fluttuazioni selvagge. Sulla base di questa breve sintesi le seguenti tematiche: Teoremi di fluttuazione senza equilibrio, Nuovi materiali (grafene, metamateriali, ecc.), Nano-canali, Sistemi disordinati, Raddrizzatori di rumore, Tecniche di controllo del rumore, Nanomotori quantistici, Microenergetica, Raccolta di energia, Elaborazione dell’informazione quantistica e Reti complesse (classiche e quantistiche) saranno elaborate dalla Scuola Internazionale di Fisica Statistica.