Exploration of the Nonequilibrium Statistical Mechanics of Turbulent Collisionless Plasmas

湍流无碰撞等离子体的非平衡统计力学探索

基本信息

  • 批准号:
    2409316
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 51.21万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-05-01 至 2027-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This project will explore turbulent plasmas using novel statistical mechanics methods. Statistical mechanics is a core branch of physics that has been enormously successful in describing the physical characteristics of matter such as gases, liquids, and quantum fields. However, it has been challenging to extend its principles to describe hot tenuous plasmas that exist throughout the Universe, including the solar wind, the interstellar medium, and matter around black holes. This project will use computer simulations and new mathematical methods to explore the statistical mechanics of turbulent plasmas. The result will be an improved capability to predict the multiscale behavior of plasmas in astrophysical, space, and laboratory systems, including potential future fusion energy reactors. The methods will be used to model the occurrence of high-energy particles and radiation produced by the plasma, which can be compared to observations. The project will engage graduate students and include public outreach and undergraduate mentoring programs.The project considers the dissipation of collisionless plasma turbulence from the perspective of nonequilibrium statistical mechanics. It will involve the application of new theoretical approaches for quantifying irreversible energy dissipation in nonequilibrium systems. The team will perform and analyze kinetic and hybrid-kinetic simulations of plasma turbulence in different physical regimes, including relativistic and non-relativistic cases, to determine (1) the statistical distribution of entropy production rates in turbulence, and (2) whether turbulent energy dissipation leads to generalized maximum entropy states that can be modeled analytically. The outcome will be an improved understanding of turbulent energy dissipation in collisionless plasmas, leading to new models of nonthermal particle acceleration and subsequent radiation emission. The work has direct applications to a broad range of space and astrophysical systems, including the solar wind and black-hole accretion flows. Beyond this, it will lead to insights relevant to other dissipative plasma processes, such as magnetic reconnection and shocks, and nonequilibrium statistical systems in general.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.
该项目将使用新颖的统计力学方法探索湍流等离子体。统计力学是物理学的核心分支,在描述气体、液体和量子场等物质的物理特性方面取得了巨大成功。然而,将其原理扩展到描述整个宇宙中存在的热稀薄等离子体(包括太阳风、星际介质和黑洞周围的物质)一直是一项挑战。 该项目将利用计算机模拟和新的数学方法来探索湍流等离子体的统计力学。 其结果将是提高预测天体物理、空间和实验室系统中等离子体多尺度行为的能力,包括未来潜在的聚变能反应堆。 这些方法将用于模拟等离子体产生的高能粒子和辐射的发生,并可与观测结果进行比较。该项目将吸引研究生,包括公共宣传和本科生指导计划。该项目从非平衡统计力学的角度考虑无碰撞等离子体湍流的耗散。它将涉及应用新的理论方法来量化非平衡系统中的不可逆能量耗散。该团队将在不同物理状态(包括相对论和非相对论情况)下对等离子体湍流进行动力学和混合动力学模拟,以确定(1)湍流中熵产率的统计分布,以及(2)湍流能量是否耗散导致可以分析建模的广义最大熵状态。其结果将是加深对无碰撞等离子体中湍流能量耗散的理解,从而产生非热粒子加速和随后的辐射发射的新模型。这项工作可直接应用于广泛的空间和天体物理系统,包括太阳风和黑洞吸积流。除此之外,它将带来与其他耗散等离子体过程相关的见解,例如磁重联和冲击,以及一般的非平衡统计系统。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和知识进行评估,被认为值得支持。更广泛的影响审查标准。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Vladimir Zhdankin其他文献

Vladimir Zhdankin的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

相似国自然基金

基于非平衡态统计力学的生物纳米机器粗粒化模型的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于非平衡态统计力学的生物纳米机器粗粒化模型的研究
  • 批准号:
    12274098
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目
现代非平衡态热力学和统计物理中若干重要问题的随机数学理论
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
声子学热输运中的对称性研究
  • 批准号:
    11775159
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    56.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Nonequilibrium Statistical Biophysics
非平衡统计生物物理学
  • 批准号:
    CRC-2020-00098
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
Nonequilibrium Statistical Biophysics
非平衡统计生物物理学
  • 批准号:
    CRC-2020-00098
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
Nonequilibrium Statistical Biophysics
非平衡统计生物物理学
  • 批准号:
    1000230775-2015
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
Efficient Monte Carlo Methods for Nonequilibrium Statistical Physics
非平衡统计物理的高效蒙特卡罗方法
  • 批准号:
    2012207
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Nonequilibrium Statistical Biophysics
非平衡统计生物物理学
  • 批准号:
    1000230775-2015
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 51.21万
  • 项目类别:
    Canada Research Chairs
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了