RESEARCH IN RESIDENCE

Macroscopic behavior of chains of oscillators with stochastic noise
Comportement macroscopiques de chaînes d’oscillateurs perturbées par un bruit stochastique

3 – 7 May, 2027

Participants

Tomasz Komorowski (Polish Academy of Sciences)
Stefano Olla (Université Paris-Dauphine-PSL)
Marielle Simon ( Aix-Marseille Université)

The main goal of this collaborative research is to study the connections between systems composed of a very large number of microscopic particles and macroscopic physical phenomena. One important mathematical challenge is to prove convergence theorems known as hydrodynamic limits, which allow us to validate macroscopic equations in physics. These results rely on scale changes in both time and space. Several models can be mathematically analyzed, in which atomic dynamics are perturbed by random phenomena, with the aim of understanding certain microscopic aspects. The main example is the one-dimensional chain of Hamiltonian oscillators, which are perturbed by stochastic noises which preserve energy. Depending on the microscopic properties of the noises, several macroscopic behaviors for energy transport can be observed: from superdiffusion (governed by a fractional Laplacian) to standard diffusion, possibly coupled with the diffusion of another integrable of motion. Their project focuses on observing new macroscopic transitions between these two phenomena, as well as improving the type of convergence which can be rigorously proved (from mean convergence to convergence in probability).

L’objectif principal de cette recherche collaborative est d’étudier les liens entre les systèmes composés d’un très grand nombre de particules microscopiques et les phénomènes physiques macroscopiques. L’un des principaux défis mathématiques consiste à prouver les théorèmes de convergence connus sous le nom de limites hydrodynamiques, qui permettent de valider les équations macroscopiques en physique. Ces résultats reposent sur des changements d’échelle à la fois en temps et en espace. Plusieurs modèles peuvent être analysés mathématiquement, dans lesquels la dynamique atomique est perturbée par des phénomènes aléatoires, dans le but de comprendre certains aspects microscopiques. L’exemple principal est celui de la chaîne unidimensionnelle d’oscillateurs hamiltoniens, qui sont perturbés par des bruits stochastiques conservant l’énergie. En fonction des propriétés microscopiques des bruits, plusieurs comportements macroscopiques de transport d’énergie peuvent être observés : de la superdiffusion (régie par un Laplacien fractionnaire) à la diffusion standard, éventuellement couplée `a la diffusion d’une autre intégrale du mouvement. Leur projet se concentre sur l’observation de nouvelles transitions macroscopiques entre ces deux phénomènes, ainsi que sur l’amélioration du type de convergence pouvant être rigoureusement prouvé (de la convergence en moyenne à la convergence en probabilité).

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