Untersuchungen der Dynamik von Mikro- und Nanoteilchen ermöglichen es, grundlegende Prinzipien der Statistischen Physik des Nichtgleichgewichts, der Chemie und molekularen Biologie zu studieren. Dieses Seminar, das vom 9. bis 12. Juli 2024 im Physikzentrum Bad Honnef stattfand, hatte neueste Entwicklungen in diesem hochaktuellen Forschungsfeld zum Inhalt.

Auf experimenteller Seite wurden die kollektive Dynamik optisch levitierter Teilchen, die Synchronisation von Teilchenbewegungen mit Hilfe zeitabhängiger Magnetfelder sowie lokale Dichtefluktuationen kolloidaler Teilchen in durchströmten Kanälen ebenso besprochen wie Korngrenzenmigration in zweidimensionalen Kolloidkristallen und der Einfluss hydrodynamischer Wechselwirkungen in optischen Vortices. Auch wurde gezeigt, wie nicht-equilibrierte viskoelastische Umgebungen die Dynamik aktiver und extern getriebener Teilchen beeinflussen und wie sich mittels kontrollierter Rückkopplung lokale Temperaturvariationen nutzen lassen, um Teilchentransport durch Thermophorese und hydrodynamische Flüsse zu steuern.

Theoretische Beiträge zeigten, wie die Diffusion aktiver Polymere in porösen Medien durch die Porengröße kontrolliert wird, dass kleine Zugaben aktiver Teilchen die Kristallisationsneigung kolloidaler Gläser stark erhöht, wie nicht-reziproke Teilchenwechselwirkungen zu neuartigen Teilchencluster-Strukturen führen und wie sich verschiedene Nichtgleichgewichtsphasen aktiver Brownscher Teilchen in unterschiedlichen Fluktuationen von Teilchengeschwindigkeiten widerspiegeln. Auch wurde vorgeschlagen, den Symmetriebruch in der Statistik thermisch aktiver Teilchensprünge in und entgegengesetzt zu einer treibenden Kraft als Maß für die Entfernung eines Systems vom Gleichgewichtszustand zu verwenden. Für Modellierungen lassen sich Relationen zwischen Korrelationsfunktionen mikroskopischer generalisierter Kräfte nutzen, die aus dem Noether-Theorem angewendet auf inhärente Symmetrien eines Vielteilchensystems resultieren.

Diese und viele weitere Ergebnisse haben renommierte Experten und junge Nachwuchswissenschaftlern aus einem Dutzend Ländern in Vorträgen und Postern präsentiert. Das Seminar gab Anlass zu vielen persönlichen Diskussionen in einer wunderbar entspannten Atmosphäre im schönen Physikzentrum Bad Honnef. Wir danken der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung für die großzügige finanzielle Förderung des Seminars und die hervorragende Unterstützung bei der Organisation.

Prof. Dr. Philipp Maaß, U Osnabrück
Dr. Artem Ryabov, Charles U, Prag / Tschechien