CAREER: Emerging Challenges in Wave Turbulence Theory
职业:波浪湍流理论中的新挑战
基本信息
- 批准号:2303146
- 负责人:
- 金额:$ 43万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-12-01 至 2026-08-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Wave turbulence (WT) is a general physical phenomenon describing the nonlinear dynamical interactions of waves far from thermal equilibrium. Examples of wave turbulence occur in classical surface water waves and also in quantum dynamical systems involving a Bose-Einstein condensate (BEC). Even though wave fields describing the processes of random wave interactions in nature are enormously diverse, there is a common mathematical framework that models and describes the dynamics of spectral energy transfer through probability densities associated with weakly non-linear interactions in quantum or classical wave systems. The probability densities are solutions of wave kinetic (WK) equations, whose nonlocal interaction operators are of kinetic type. This project aims to tackle open challenges in the theory of nonlinear waves via the study of the associated wave turbulence theory. An integral part of the project is its educational component and the opportunities to involve students from all levels in the research. To this end, the principal investigator will organize summer schools for underrepresented and disabled K-12 students, design graduate courses on Partial Differential Equations, Wave Turbulence and Statistical Physics, and organize an undergraduate and graduate research internship program of excellence and a mathematics-physics conference for young researchers. In addition, the principal investigator will participate in the NSF RTG SMU summer undergraduate research program, with participants from both SMU and Texas Rio Grande Valley University (a Hispanic-serving institution) as well as the SMU Hamilton Undergraduate Research Scholars and the SMU Undergraduate Research Assistant Programs. This project concentrates on three main topics in WT theory. The first topic is to study the rigorous justification of 3-wave kinetic equations, by the Feynman diagrammatic approach. The second topic is to establish a mathematical foundation for the Garrett-Munk spectrum of the ocean, using the renormalization group method. The third topic is the proof of the finite time formation of singularities of solutions to the finite temperature BEC system, with the addition of a new, previously missing, collision operator derived by Yves Pomeau and the principal investigator. Several ideas from kinetic theory, dispersive equations, oceanography, and quantum mechanics will be combined to study the proposed problems.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
波湍流 (WT) 是一种普遍的物理现象,描述远离热平衡的波的非线性动力相互作用。波湍流的例子发生在经典的表面水波中,也发生在涉及玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的量子动力学系统中。尽管描述自然界中随机波相互作用过程的波场多种多样,但有一个共同的数学框架,可以通过与量子或经典波系统中弱非线性相互作用相关的概率密度来建模和描述光谱能量转移的动力学。概率密度是波动力学(WK)方程的解,其非局域相互作用算子是动力学类型的。该项目旨在通过研究相关的波湍流理论来解决非线性波理论中的开放挑战。该项目的一个组成部分是其教育部分以及让各个级别的学生参与研究的机会。为此,首席研究员将为代表性不足和残疾的 K-12 学生组织暑期学校,设计偏微分方程、波动湍流和统计物理研究生课程,并组织本科生和研究生卓越研究实习计划和数学物理青年研究人员会议。此外,首席研究员将参加 NSF RTG SMU 夏季本科生研究计划,参与者来自 SMU 和德克萨斯州里奥格兰德河谷大学(西班牙裔服务机构)以及 SMU 汉密尔顿本科生研究学者和 SMU 本科生研究助理程序。该项目集中于 WT 理论的三个主要主题。第一个主题是通过费曼图解方法研究三波动力学方程的严格论证。 第二个主题是使用重正化群方法为海洋的 Garrett-Munk 谱建立数学基础。第三个主题是证明有限温度 BEC 系统解奇点的有限时间形成,并添加了由 Yves Pomeau 和首席研究员导出的新的、先前缺失的碰撞算子。来自动力学理论、色散方程、海洋学和量子力学的多种想法将被结合起来研究所提出的问题。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A deep learning approximation of non-stationary solutions to wave kinetic equations
波动动力学方程非平稳解的深度学习近似
- DOI:10.1016/j.apnum.2022.12.010
- 发表时间:2022-12
- 期刊:
- 影响因子:2.8
- 作者:Walton, Steven;Tran, Minh;Bensoussan, Alain
- 通讯作者:Bensoussan, Alain
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