Jusqu'à présent, les scientifiques devaient s'appuyer sur des approximations ou des points de vue limités pour analyser le mouvement des particules à travers des matériaux poreux comme les tissus biologiques, les polymères, différents minéraux et les éponges. Une nouvelle étude a maintenant proposé une nouvelle technique présentant des opportunités passionnantes dans divers contextes.
Les scientifiques au Université de Bristol ont découvert une nouvelle formule mathématique indiquant que le mouvement de diffusion à travers un matériau perméable peut être modélisé avec précision pour la première fois. L'équation vient un siècle après la première équation de diffusion, dérivée par deux des meilleurs physiciens du monde, Albert Einstein et Marian von Smoluchowski. Il représente une avancée significative dans la représentation du mouvement pour diverses entités, y compris les particules microscopiques, les organismes vivants et les dispositifs fabriqués par l'homme.
L'auteur principal Toby Kay, qui termine un doctorat. en mathématiques de l'ingénieur, a déclaré: « Cela marque une avancée fondamentale depuis les études d'Einstein et Smoluchowski sur la diffusion et révolutionne la modélisation des entités diffusantes à travers des milieux complexes à toutes les échelles, des composants cellulaires et composés géologiques aux habitats environnementaux.
« Auparavant, les tentatives mathématiques pour représenter le mouvement à travers des environnements parsemés d'objets qui entravent le mouvement, connus sous le nom de barrières perméables, étaient limitées. En résolvant ce problème, nous ouvrons la voie à des avancées passionnantes dans de nombreux secteurs différents, car des barrières perméables sont régulièrement rencontrées par les animaux, les organismes cellulaires et les humains.
Pour trouver la nouvelle équation, les scientifiques ont dû représenter au microscope un mouvement aléatoire. Ils effectuent ensuite un zoom arrière pour décrire le processus de manière macroscopique.
Selon les scientifiques, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour appliquer cet outil mathématique à des applications expérimentales.
Ils ont noté, "Par exemple, être capable de modéliser avec précision la diffusion des molécules d'eau à travers les tissus biologiques fera progresser l'interprétation de la diffusion pondérée. MRI (imagerie par résonance magnétique). Il pourrait également offrir une représentation plus précise de l'air se propageant à travers emballages alimentaires matériaux, aidant à déterminer la durée de conservation et le risque de contamination. De plus, la quantification du comportement des animaux en quête de nourriture interagissant avec les barrières macroscopiques, telles que les clôtures et les routes, pourrait fournir de meilleures prévisions sur les conséquences du changement climatique à des fins de conservation.
Auteur principal, le Dr Luca Giuggioli, professeur agrégé en sciences de la complexité à l'Université de Bristol, a affirmé Valérie Plante.: "Cette nouvelle équation fondamentale est un autre exemple de l'importance de construire des outils et des techniques pour représenter la diffusion lorsque l'espace est hétérogène, c'est-à-dire lorsque l'environnement sous-jacent change d'un endroit à l'autre."
"Cette dernière découverte est une nouvelle étape importante dans l'amélioration de notre compréhension du mouvement sous toutes ses formes - collectivement appelées les mathématiques du mouvement - qui a de nombreuses applications potentielles passionnantes."
Journal de référence:
- Toby Kay et Luca Giuggioli. Diffusion à travers des interfaces perméables : équations fondamentales et leur application aux statistiques de premier passage et de temps local. Recherche sur l'examen physique.
