Prof. Volker Dohm

 

Forschungsschwerpunkte

Forschungsgebiet	Statistische Physik Theoretische Untersuchung von kooperativen Phänomenen in Systemen mit sehr vielen Freiheitsgraden mit Methoden der Wahrscheinlichkeitsrechnung
Schwerpunkt	Theorie der Phasenübergänge Statische und dynamische Eigenschaften (Beispiel: Suszeptibilität, Wärmeleitfähigkeit) Phasengrenzflächen (Struktur, Fluktuationen) feldtheoretische Methoden
Anwendungen	Erklärung und Vorhersage von Experimenten in realen Systemen (Flüssigkeiten, Festkörpern) und in Computer-Simulationen, geplante Experimente auf der Internationalen Raumstation ISS (Programm der NASA: Fundamental Physics in Space), siehe auch Übersichtsartikel
Forschungsförderung	Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) National Aeronautics and Space Administration (NASA) Max-Planck-Gesellschaft Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG

Eine detailliertere Übersicht findet man in diesem Artikel für die "RWTH-Themen" 1/2001, sowie in dem Artikel "Phase Transitions", Encyclopedia of Physics, 3rd edition, edited by R.G. Lerner and G.L. Trigg, VCH Publ., New York (2005), p. 1901.

Vergleiche zwischen unseren theoretischen Vorhersagen und Experimenten unter Mikrogravitationsbedingungen sowie am superfluiden Phasenübergang von ⁴He findet man in den Übersichtsartikeln "Critical phenomena in microgravity: past, present, and future" von M. Barmatz et al. in Rev. Mod. Phys . 79, 1 (2007), sowie "Finite-size-scaling of ⁴He at the superfluid transition" von F.M. Gasparini et al. in Rev. Mod. Phys. 80, 1009 (2008)

 

Beispiele für Phasenübergänge

flüssig	-	kristallin
paramagnetisch	-	ferromagnetisch (Curie-Temperatur TC)
normalleitend	-	supraleitend
normalflüssig	-	superfluid (4He)
thermisches Licht	-	kohärentes Licht (Laser)
diffusiver Transport	-	konvektiver Transport (Bénard-Instabilität)

 

Vorhersage der Renormierungsgruppentheorie

Systemunabhängige Gemeinsamkeiten am kritischen Punkt verschiedener Systeme:
Universalität und Skalenverhalten

Aktuelle Forschung:
Was ist der Gültigkeitsbereich der Universalität in realen Systemen?
Was ist der Gültigkeitsbereich für Skalenverhalten in realen Systemen?

  Urheberrecht: © Volker Dohm

Beispiele für Universalität

Singuläres kritisches Verhalten der spezifischen Wärme C und der Wärmeleitfähigkeit beim kritischen Punkt T_c von Flüssigkeiten. Effekte von großen Fluktuationen erfordern statistische Theorie.

In der nebenstehenden Skizze ist \(C \sim |T-T_c|^ {-\alpha}, \lambda \sim |T-T_c|^{-x}\), wobei \(\alpha\) und \(x\) "universelle Konstanten", unabhängig von Details der mikroskopischen Wechselwirkung sind.

 

Theoretische Methoden

Theoretische Beschreibung mit feldtheoretischen Methoden ("Renormierungsgruppentheorie") und Gittermodellen, methodische Analogien zur Elementarteilchenphysik.

• diagrammatische Störungstheorie
• Renormierungsgruppenmethoden
• stochastische dynamische Modelle
• exakte Modellösungen
• Borel-Resummation
• numerische Methoden
• Computersimulationen

Anwendungen

1. Reales System: superfluides ⁴He, ideal zum Testen der Theorie
2. Erklärung von Abrundungen der Singularitäten in (endlichen) Computermodellen
3. Vorhersage von Hochpräzisionsexperimenten in Abwesenheit von Gravitation (Programm der NASA: Fundamental Physics in Space)
   • MISTE: Microgravity Scaling Theory Experiment
   • BEST: Boundary Effects Near the Superfluid Transition
   • SUE: Superfluid Universality Experiment
   • DYNAMX: Critical Dynamics in Microgravity
   • EXACT: Experiments Along Coexistence near Tricritality