Dense Granular Fluids and the Granular Glass Transition

Abstract

Getrieben granulare Fluide bei endlichen Dichten werden sowohl theoretisch als auch numerisch auf nichttriviale Korrelationen und die Bildung einer dynamisch gehemmten, amorphen, d.h. glasartigen Phase bei hohen Dichten untersucht. Die definierende Eigenschaft granularer Teilchen, nämlich, dass sie inelastisch kollidieren, bedeutet dass granulare Fluide notwendig fern des Gleichgewichts sind. Wenn die dissipierte Energie jedoch durch eine äußere Treibkraft ausgeglichen wird, zeigt der resultierende stationäre Nichtgleichgewichts-Zustand qualitativ viele Eigenschaften eines Fluids im thermischen Gleichgewicht. Das Ziel dieser Arbeit ist, diese Analogie zu präzisieren in dem Theorien die für Gleichgewichts-Fluide entwickelt wurden für den stationären Zustand von granularen Fluiden verallgemeinert werden. Dazu werdendie granularen Teilchen als inelastische harte Kugeln modelliert und das äußere Treiben durch eine Zufallskraft. Die Simulationen werden mit einem ereignisgesteuerten Programm durchgeführt.Eine Kombination von Messungen aus den Simulationen und einer hydrodynamischen Theorie beleuchten den Einfluss der Impulserhaltung auf die großskaligen Strukturen eines granularen Fluids. Außerdem werden Transportkoeffizienten gemessen die in guter Übereinstimmung mit bestehenden theoretischen Vorhersagen sind. Es wird gezeigt, dass der algebraische Zerfall der Geschwindigkeits-Autokorrelationsfunktion in einem granularen Fluid und einem molekularen Fluid durch den selben physikalischen Mechanismus erklärt werden.Die Modenkopplungs-Theorie, eine Theorie die erfolgreich sowohl auf molekulare als auch kolloidale Fluide im thermischen Gleichgewicht angewendet wurde, wird verallgemeinert um den stationären Nichtgleichgewichts-Zustand eines granularen Fluids zu beschreiben. Es ergibt sich ein zweistufiges Zerfallsszenario für die kohärente und die inkohärente Streufunktion sowie eine divergierende Zerfallszeit, die auf einen granularen Glasübergang bei einer kritischen Dichte hinweist. Eine nichttriviale Abhängigkeit vom Grad der Inelastizität findet sich sowohl für die kritische Dichte als auch für die Dynamik nahe des Glasübergangs.