Complexity and Universality in Physical Systems: understanding unifying principles behind shared emergent behavior

• Grant number: 25/01111-8
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Young Researchers
• Start date: February 01, 2025
• End date: January 31, 2027
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Physics - Condensed Matter Physics
• Principal Investigator: Jaron Patrick Kent-Dobias
• Grantee: Jaron Patrick Kent-Dobias
• Host Institution: Instituto de Física Teórica (IFT). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de São Paulo. São Paulo , SP, Brazil
• Associated research grant: 24/11114-1 - Complexity and universality in physical systems: understanding unifying principles behind shared emergent behavior, AP.JP

Abstract

Uma das grandes maravilhas da física é a sua universalidade: os mesmos princípios aplicados a um sistema podem ser aplicados a outros sistemas díspares do outro lado do universo. Mais incrível ainda é a universalidade presente em fenômenos emergentes de diferentes partes constituintes, por exemplo, o mesmo comportamento crítico é encontrado em ferromagnetos e líquidos. Essa ligação específica é agora bem compreendida em termos do grupo de renormalização do equilíbrio, mas em muitos casos a questão permanece: o que está subjacente ao comportamento universal que surge em sistemas com diferentes partes componentes? Esta questão está na vanguarda da investigação em dois campos aparentemente díspares: sistemas complexos e fenómenos críticos fora do equilíbrio. No primeiro caso, acredita-se que diversos sistemas, incluindo vidros de spin, vidros estruturais, modelos de aprendizado de máquina, redes biológicas e dinâmica evolutiva, compartilhem a fenomenologia "vítrea": dinâmica lenta, muitos estados metaestáveis, envelhecimento, memória, ergodicidade quebrada. No total, a metáfora de uma "paisagem" de custos ou de energia é frequentemente utilizada para raciocinar sobre estas características partilhadas, como em que circunstâncias devem surgir. Mas será que a ideia de paisagem pode ser promovida para mais do que uma metáfora: existem assinaturas estruturais inequívocas que ligam e fazem previsões sobre o comportamento nestes casos díspares? No segundo caso, perder o equilíbrio ou sintonizar-se com estranhos pontos fixos não lineares remove as suposições centrais da técnica do grupo de renormalização e, portanto, exige novos princípios e promessas para produzir um novo comportamento. Podem ser mantidas as suposições padrão sobre a analiticidade, a divisão em variáveis relevantes, irrelevantes e marginais e as características típicas de pontos fixos para fases estáveis e transições de primeira ordem? Exemplos específicos parecem sugerir que não, mas faltam ligações subjacentes entre eles. Estas questões constituem as motivações básicas das minha propostas de pesquisa.