* MINISTERO DELL'ISTRUZIONE, DELL'UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA DIPARTIMENTO PER L'UNIVERSITÀ, L'ALTA FORMAZIONE ARTISTICA, MUSICALE E COREUTICA E PER LA RICERCA SCIENTIFICA E TECNOLOGICA PROGRAMMI DI RICERCA SCIENTIFICA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE RICHIESTA DI COFINANZIAMENTO (DM n. 287 del 23 febbraio 2005) PROGETTO DI UNA UNITÀ DI RICERCA - MODELLO B Anno 2005 - prot. 2005022072_005 * PARTE I 1.1 Programma di Ricerca afferente a 1. *Area Scientifico Disciplinare*/ / 02: Scienze fisiche 100% ------------------------------------------------------------------------ 1.2 Durata del Programma di Ricerca 24 Mesi ------------------------------------------------------------------------ 1.3 Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca *PARISI* *GIORGIO* *Giorgio.Parisi@roma1.infn.it* *FIS/02 - Fisica teorica, modelli e metodi matematici* *Università degli Studi di ROMA "La Sapienza"* *Facoltà di SCIENZE MATEMATICHE FISICHE e NATURALI * *Dipartimento di FISICA * ------------------------------------------------------------------------ 1.4 Responsabile Scientifico dell'Unità di Ricerca *CARACCIOLO* *SERGIO* *Professore Straordinario* *10/08/1952* *CRCSRG52M10E506W* *FIS/02 - Fisica teorica, modelli e metodi matematici* *Università degli Studi di MILANO* *Facoltà di SCIENZE MATEMATICHE FISICHE e NATURALI * *Dipartimento di FISICA * *050 509095* (Prefisso e telefono) *050 563513* (Numero fax) *sergio.caracciolo@sns.it* (Indirizzo posta elettronica) ------------------------------------------------------------------------ 1.5 Curriculum scientifico del Responsabile Scientifico dell'Unità di Ricerca *Testo italiano* Sono nato a Lecce il 10.08.1952 e li' ho completato tutti i miei studi pre-universitari. Mi sono laureato in fisica, presso l'Universita' di Pisa il 14.07.1977, con il massimo dei voti e lode, con una tesi su ``Teorie di gauge su reticolo" di cui e' stato relatore il professor Pietro Menotti. Ho vinto il concorso per un posto di perfezionando presso la Scuola Normale Superiore di Pisa a partire dal 1.01.1978. Ho trascorso un anno accademico presso il Laboratoire de Physique Theorique de l'Ecole Normale Superieure di Parigi (Francia), a partire dal 1.10.1980. Il 1.09.1981 ho preso servizio in qualita' di ricercatore universitario del raggruppamento disciplinare n. 86 (prima disciplina Fisica Teorica) presso la Classe di Scienze Matematiche, fisiche e naturali della Scuola Normale Superiore di Pisa. Ho trascorso un anno accademico presso l'Institute des Hautes Etudes Scientifiques di Bures-sur-Yvette (Francia), a partire dal 25.09.1981. Nel novembre 1983 ho vinto una borsa di studio INFN per recarmi all'estero per un anno. Dal 1.09.1984 sono accettato come membro dell'Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey (USA). In seguito all'espletamento di un concorso nazionale per professori associati, risulto vincitore di un posto ed a seguito della chiamata della facolta' di Scienze M.F.N. il 1.11.93 ho preso servizio in qualita' di professore universitario di seconda fascia del raggruppamento disciplinare B02A presso la Universita' degli Studi di Lecce dove afferisco al Dipartimento di Fisica. Al termine del triennio di straordinariato, vengo inquadrato nel ruolo di professore universitario di seconda fascia. Ho vinto il concorso per un posto di seconda fascia a trasferimento nel raggruppamento disciplinare B02A bandito dalla Scuola Normale Superiore di Pisa dove il 1.11.96 prendo servizio presso la Classe di Scienze. Dal 1.10.2001, dopo essere stato dichiarato idoneo in un concorso bandito a Torino, ho preso servizio quale professore di prima fascia presso il Dipartimento di Fisica della Universita' di Milano *Testo inglese* I was born on 10.08.1952 in Lecce. I graduated from Pisa University in 1977 the supervisor being Pietro Menotti. In 1998 I got a position as `perfezionando' at the Scuola Normale Superiore in Pisa. I spent the academic year 1980-1981 at the laboratoire de Physique Theorique de l'Ecole Normale Superieure in Paris (France) and the next year at the Institute des Hautes Etudes Scientifiques in Bures-sur-Yvette (France). On 1.9.1981 I took a research position at the Scuola Normale Superiore in Pisa in Theoretical Physics. During the academic year 1984-1985 I was a member of the Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey (USA). Since 1.11.1993 I became associate professor at the Department of Physics of Lecce University. Since 1.11.1996 I moved as associate professor of Theoretical Physics at the Scuola Normale Superiore in Pisa. Since 1.10.2001 I am full professor of Theoretical Physics at the Department of Physics od the University of Milano. ------------------------------------------------------------------------ 1.6 Pubblicazioni scientifiche più significative del Responsabile Scientifico dell'Unità di Ricerca 1. CARACCIOLO S., MOGNETTI B. M., PELISSETTO A. (2005). Two-Dimensional Heisenberg Model with Nonlinear Interactions: 1/N Corrections. /NUCLEAR PHYSICS. B. / ISSN: 0550-3213 2. CARACCIOLO S., GAMBASSI A., GUBINELLI M., PELISSETTO A. (2004). Finite-Size Scaling in the Driven Lattice Gas. /JOURNAL OF STATISTICAL PHYSICS. / vol. 115 pp. 281-322 ISSN: 0022-4715 3. CARACCIOLO S., JACOBSEN J. L., SALEUR H., SOKAL A., SPORTELLO A. (2004). Fermionic field theory for trees and forests. /PHYSICAL REVIEW LETTERS. / vol. 93 pp. 080601 ISSN: 0031-9007 4. CARACCIOLO S., PAPINUTTO M., PELISSETTO A. (2002). Dynamic Critical Behavior of an Extended Reptation Dynamics for Self-Avoiding Walks. /PHYSICAL REVIEW E. / vol. 65 pp. 031106 ISSN: 1063-651X 5. CARACCIOLO S., PELISSETTO A. (2002). Two-Dimensional Heisenberg Model with Nonlinear Interactions. /PHYSICAL REVIEW E. / vol. 66 pp. 016120 ISSN: 1063-651X 6. CARACCIOLO S., SPORTIELLO A. (2002). An exactly solvable random satisfiability problem. /JOURNAL OF PHYSICS A-MATHEMATICAL AND GENERAL. / vol. 35 pp. 7661--7688 ISSN: 0305-4470 7. CARACCIOLO S., GAMBASSI A., GUBINELLI M., PELISSETTO A. (2001). Finite-Size Correlation Length and Violations of Finite-Size Scaling. /EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. B, CONDENSED MATTER PHYSICS. / vol. 20 pp. 255-265 ISSN: 1434-6028 8. CARACCIOLO S., CAUSO M. S., PELISSETTO A., ROSSI P., VICARI E. (2001). Crossover phenomena in spin models with medium-range interactions and self-avoiding walks with medium-range jumps. /PHYSICAL REVIEW E. / vol. 64 pp. 046130 ISSN: 1063-651X 9. CARACCIOLO S., CAUSO M. S., PELISSETTO A. (2000). End-to-end distribution function for dilute polymers. /JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. / vol. 77 pp. 7693--7710 ISSN: 0021-9606 10. CARACCIOLO S., CAUSO M. S., FERRARO G., PAPINUTTO M., PELISSETTO A. (2000). Bilocal Dynamics for Self-Avoiding Walks. /JOURNAL OF STATISTICAL PHYSICS. / vol. 100 pp. 1111--1145 ISSN: 0022-4715 11. CARACCIOLO S., MONTANARI A., PELISSETTO A. (2000). Operator Product Expansion on the Lattice: a Numerical Test in the Two-Dimensional Non-Linear $\sigma$-Model. /JOURNAL OF HIGH ENERGY PHYSICS. / vol. 9 pp. 45 ISSN: 1126-6708 12. CARACCIOLO S., PALASSINI M. (1999). Universal finite-size-scaling functions in the 3d Ising spin-glasses. /PHYSICAL REVIEW LETTERS. / vol. 82 pp. 5128--5131 ISSN: 0031-9007 13. CARACCIOLO S., CAUSO M. S., PELISSETTO A. (1999). Determination of the exponent gamma for SAWs on the two-dimensional Manhattan lattice. /JOURNAL OF PHYSICS A-MATHEMATICAL AND GENERAL. / vol. 32 pp. 2931--2948 ISSN: 0305-4470 14. CARACCIOLO S., PELISSETTO A. (1998). Corrections to Finite-Size Scaling in the Lattice N-Vector Model for N=infinity. /PHYSICAL REVIEW. / vol. D 58 pp. 105007 ISSN: 0031-899X 15. CARACCIOLO S., CAUSO M. S., PELISSETTO A. (1998). High-precision determination of the critical exponent gamma for self-avoiding walks. /PHYSICAL REVIEW. / vol. E 57 pp. R1215--R1218 ISSN: 0031-899X 16. CARACCIOLO S., CAUSO M. S., PELISSETTO A. (1997). Universality of subleading corrections for self-avoiding walks in presence of one dimensional defects. /JOURNAL OF PHYSICS A-MATHEMATICAL AND GENERAL. / vol. 30 pp. 4939--4961 ISSN: 0305-4470 17. CARACCIOLO S., PELISSETTO A. (1997). Comparing Different Improvement Programs for the $N$-Vector Model. /PHYSICS LETTERS. / vol. B 402 pp. 335--340 ISSN: 0031-9163 18. CARACCIOLO S., EDWARDS R., PELISSETTO A., SOKAL A. D. (1995). Asymptotic Scaling in the Two-Dimensional sigma-Models at Correlation Length 10^5. /PHYSICAL REVIEW LETTERS. / vol. 75 pp. 1891--1894 ISSN: 0031-9007 19. CARACCIOLO S., EDWARDS R., FERREIRA S. J., PELISSETTO A., SOKAL A. D. (1995). New method for the extrapolation of finite-size data to infinite volume. /PHYSICAL REVIEW LETTERS. / vol. 74 pp. 2969--2972 ISSN: 0031-9007 20. CARACCIOLO S., PELISSETTO A. (1995). Four-loop Perturbative Expansion for the Lattice N-Vector Model. /NUCLEAR PHYSICS. A. / vol. B455 pp. 619--647 ISSN: 0375-9474 21. CARACCIOLO S., PARISI G., PELISSETTO A. (1994). Random Walks with Short-Range Interaction and Mean-Field Behaviour. /JOURNAL OF STATISTICAL PHYSICS. / vol. 77 pp. 519--543 ISSN: 0022-4715 22. CARACCIOLO S., PELISSETTO A. (1994). Lattice Perturbation Theory for O(N)-Symmetric sigma-Models with General Nearest-Neighbour Action. /NUCLEAR PHYSICS. A. / vol. B420 pp. 141--183 ISSN: 0375-9474 23. CARACCIOLO S., EDWARDS R., PELISSETTO A., SOKAL A. D. (1993). Wolff-Type Embedding Algorithms for General Nonlinear sigma-Models. /NUCLEAR PHYSICS. A. / vol. B403 pp. 475--541 ISSN: 0375-9474 24. CARACCIOLO S., EDWARDS R., PELISSETTO A., SOKAL A. D. (1993). New Universality Classes for Two-Dimensional sigma-models. /PHYSICAL REVIEW LETTERS. / vol. 71 pp. 3906--3909 ISSN: 0031-9007 25. CARACCIOLO S., PELISSETTO A, SOKAL A. D. (1992). Join-and-Cut Monte Carlo Algorithm for Self-Avoiding Walks with Variable Length and Free Endpoints. /JOURNAL OF STATISTICAL PHYSICS. / vol. 67 pp. 65--111 ISSN: 0022-4715 26. CARACCIOLO S., PARISI G., PATARNELLO S., SOURLAS N. (1990). Low Temperature Behaviour of 3-D Spin Glasses in a Magnetic Field. /JOURNAL DE PHYSIQUE. / vol. 51 pp. 1877 ISSN: 0302-0738 27. CARACCIOLO S., PATARNELLO S. (1984). A Success of the Martinelli-Parisi Expansion: the Crossover to First Order Transition in the 2D Potts Model. /JOURNAL OF PHYSICS A-MATHEMATICAL AND GENERAL. / vol. 17 pp. 3533--3537 ISSN: 0305-4470 28. ARAGAO DE CARVALHO C., CARACCIOLO S., FROEHLICH J. (1983). Polymers and g phi^4 Theory in Four Dimensions. /NUCLEAR PHYSICS. A. / vol. B215 [FS7] pp. 209--248 ISSN: 0375-9474 29. ARAGAO DE CARVALHO C., CARACCIOLO S. (1983). A New Monte Carlo Approach to the Critical Properties of Self-Avoiding Random Walks. /JOURNAL DE PHYSIQUE. / vol. 44 pp. 323 ISSN: 0302-0738 30. CARACCIOLO S., PARISI G., SOURLAS N. (1982). Variational Real Space Renormalization Group and its Applications to Frustrated Systems. /NUCLEAR PHYSICS. A. / vol. B205 [FS5] pp. 345--354 ISSN: 0375-9474 ------------------------------------------------------------------------ 1.7 Risorse umane impegnabili nel Programma dell'Unità di Ricerca 1.7.1 Personale universitario dell'Università sede dell'Unità di Ricerca ** *Personale docente* nº Cognome Nome Dipartimento Qualifica Settore Disc. Mesi Uomo 1° anno 2° anno 1. CARACCIOLO Sergio Dip. FISICA Prof. Ordinario FIS/02 11 6 2. BASSETTI Bruno Dip. FISICA Ricercatore Universitario FIS/02 11 11 * * *TOTALE * * * * * * * * * *22 * *17 * *Altro personale* Nessuno ------------------------------------------------------------------------ 1.7.2 Personale universitario di altre Università ** *Personale docente* nº Cognome Nome Università Dipartimento Qualifica Settore Disc. Mesi Uomo 1° anno 2° anno 1. JONA Patrizia Politecnico di MILANO Dip. FISICA RU FIS/01 11 11 * * *TOTALE * * * * * * * * * * * *11 * *11 * *Altro personale* Nessuno ------------------------------------------------------------------------ 1.7.3 Titolari di assegni di ricerca nº Cognome Nome Dipartimento Data di inizio del contratto Durata (in anni) Mesi Uomo 1° anno 2° anno 1. SPORTIELLO Andrea Dip. FISICA 01/12/2003 4 11 11 *TOTALE* * * * * * * * * * * *11 * *11 * ------------------------------------------------------------------------ 1.7.4 Titolari di borse nº Cognome Nome Dipartimento Anno di inizio borsa Durata (in anni) Tipologia Mesi Uomo 1° anno 2° anno 1. Fichera Davide Dip. FISICA 2005 3 Dottorato 11 11 2. Mognetti Bortolo Dip. FISICA 2004 3 Dottorato 11 11 * * *TOTALE * * * * * * * * * * * *22 * *22 * ------------------------------------------------------------------------ 1.7.5 Personale a contratto da destinare a questo specifico programma nº Qualifica Costo previsto Mesi Uomo Note 1° anno 2° anno 1. Assegnista 40.000 11 11 L' assegnista dovrebbe essere coinvolto nel nostro programma di ricerca. Sia per quel che riguarda le analisi teoriche che per le simulazioni numeriche. * * *TOTALE * *40.000 * *11 * *11 * * * ------------------------------------------------------------------------ 1.7.6 Personale extrauniversitario indipendente o dipendente da altri Enti nº Cognome Nome Nome dell'ente Qualifica Mesi Uomo 1° anno 2° anno 1. Gambassi Andrea Max Planck Institute, Stoccarda G ricercatore 6 5 2. MONTANARI Andrea CNRS, Francia ricercatore 3 3 3. LAGOMARSINO Cosentino Marco FOM Institute for Atomic and Molecular Physics, Amsterdam NL ricercatore 6 6 * * *TOTALE * * * * * * * *15 * *14 * PARTE II 2.1 Titolo specifico del programma svolto dall'Unità di Ricerca *Testo italiano* Comportamento critico di sistemi complessi. Fenomeni collettivi in sistemi con molti gradi di liberta' anche in presenza di disordine e di interazioni in competizione tra loro. Estensione dei metodi della meccanica statistica di equilibrio a sistemi fuori dall'equilibrio, cominciando da quelli stazionari. Applicazione dei metodi della meccanica statistica a sistemi complessi in biologia, informatica, ecologia ed economia. *Testo inglese* Critical behaviour in comples systems. Collective phenomena in systems with many degrees of freedom, also in presence of disorder and interactions in competition. Extension of the methods of statistical mechanics to nonequilibrium systems, starting from stationary states. Application of the methods of statistical mechanics to complex systems in biology, information theory, ecology and economics. ------------------------------------------------------------------------ 2.2 Settori scientifico-disciplinari interessati dal Programma di Ricerca FIS/02 - Fisica teorica, modelli e metodi matematici FIS/03 - Fisica della materia ------------------------------------------------------------------------ 2.3 Parole chiave *Testo italiano* FENOMENI CRITICI ; TRANSIZIONI DI FASE ; SISTEMI DISORDINATI ; MECCANICA STATISTICA FUORI DALL'EQUILIBRIO ; FISICA DEI POLIMERI *Testo inglese* CRITICAL PHENOMENA ; PHASE TRANSITIONS ; DISORDERED PHYSICS ; OUT-OF-EQUILIBRIUM STATISTICAL MECHANICS ; POLYMER PHYSICS ------------------------------------------------------------------------ 2.4 Base di partenza scientifica nazionale o internazionale *Testo italiano* I modelli di molti corpi in interazione sono l'arena naturale per una fenomenologia di sistemi complessi infinitamente ricca. Nel campo della meccanica statistica tradizionale i sistemi piu' difficili da studiare, ovvero quelli che presentano i comportamenti piu' interessanti, anche dal punto di vista delle applicazioni, sono quelli in regime fortemente non lineare, ovvero sistemi fortemente accoppiati. Abbiamo, nel recente passato, gia' cominciato ad occuparci di 1) sistemi con gruppi di invarianza non abeliana: in particolare ci siamo interessati di modelli sigma in due dimensioni. Infatti questi sistemi sono un formidale laboratorio teorico: essi si pensa condividono con le teorie di gauge in 4 dimensioni il fenomeno della liberta' asintotica in regime ultravioletto, ma non tutti gli autori condividono questa opinione che non ha ancora una solida base matematica. Le tecniche di analisi del comportamento di scala con la taglia finita del sistema, che noi abbiamo contributo a sviluppare, ci hanno permesso di svolgere un ruolo nell'ambito di questa questione, ma ci sono ancora degli aspetti che necessitano di investigazioni ulteriori. 2) Omopolimeri in fase collassata ed eteropolimeri vicini alla temperatura di ripiegamento. Per questo problema abbiamo sviluppato dei nuovi algoritmi di simulazione numerica che abbiamo dimostrato essere assai efficienti. 3) Abbiamo accumulato una certa esperienza (anche grazie al contatto con gruppi sperimentali) nella modellizzazione di sistemi biologici concernenti il citoscheletro. Questa ricerca e' articolata in due filoni - Il primo riguarda i fenomeni di diffusione forzata e di organizzazione per sistemi di microtubuli e proteine motrici. - il secondo ha a che fare con fenomeni attivi al livello del citoscheletro per i quali l'idrodinamica e' rilevante ( in particolare sistemi propulsivi delle cellule eucariote, quali ciglia e flagelli). Mentre la meccanica statistica dei sistemi all'equilibrio termodinamico puo' vantare enormi successi, il nostro controllo sui gradi di liberta' collettivi macroscopici in condizioni differenti e' assai poco sviluppato. E' chiaro, invece, che la grande maggioranza dei fenomeni che osserviamo assai raramente puo' essere modellizzato come un sistema di equilibrio. Nondimeno il grosso sviluppo dei metodi, analitici e numerici, della meccanica statistica ha cominciato a trovare applicazione anche in condizioni che non sono quelle dei sistemi di equilibrio. Vogliamo concentrare la nostra attenzione qui ad almeno due estensioni attualmente percorribili: i sistemi disordinati ed i sistemi stazionari fuori dall'equilibrio. 1. Nei sistemi disordinati accanto a variabili che si lasciano libere di fluttuare verso il loro equilibrio vengono introdotte altre variabili la cui dinamica si considera cosi' lenta da considerare questi gradi di liberta' come effettivamente congelati in condizioni sostanzialmente a caso. I successi ottenuti nell'esempio paradigmatico di questa categoria, quello dei vetri di spins, si sono dimostrati assai fruttuosi per affrontare una miriade di sistemi di questo tipo anche al di fuori del campo della fisica tradizionale: si passa dalle reti di neuroni, ai problemi di ottimizzazione combinatorica, dai modelli di crescita allo studio dei mercati finanziari. 2. Spesso la presenza di un campo esterno che cede energia ed induce delle correnti nel sistema in considerazione lo forza, in questo modo, fuori dall'equilibrio. Tuttavia si stabilisce spesso un regime stazionario che, anche se non puo' essere descritto da una distribuzione di Gibbs, ha molte proprieta' in comune con i normali sistemi di equilibrio. In particolare si presentano dei fenomeni di transizione di fase con una fenomenologia di tipo confrontabile ai sistemi di Gibbs, come le leggi di scala e di universalita'. *Testo inglese* Models with many bodies in interaction display an infinitely rich phenomenology. In ordinary statistical mechanics the hardest problems, and often the most interesting, also from the ponit of view of applications, are those where the fundamental degrees of freedom are strongly coupled, that is are in a regime where nonlinear effects are important. In recent past we have already investigated: 1) system with a non-abelian group of symmetry: in particular non-linear sigma models in two dimensions. Indeed they are an important theoretical laboratory: they seem to share with 4-dimensional gauge theories the property of asymptotic freedom in the ultraviolet limiy (but not all the authors agree, as there is not yet a solid mathematical proof). Finite size scaling, that we have contributed to make a powerful method of analysis, have been of great help to better understand this issue, but new investigations are needed to obtain a completely satisfactory resolution of all the questions involved. 2) homopolymers in the collapsed phase and heteropolymers near the crumpling temperature. For these problems we have developped new efficient Monte Carlo algorithms that we could show are very efficient. 3) We gained some experience in modeling biological systems related with the cell cytoskeleton, also thanks to the contact with some experimental groups. This research is focuses on two main areas - The first concerns driven diffusion and organization phenomena for systems of cyoskeletal filaments and motor proteins. - The second has to do with active phenomena for which hydrodynamics is relevant, in particular the propulsive systems of eukaryotik cells, cilia and flagella. While equilibrium statistical mechanics got enormous success, our control of macroscopic collective degrees of freedom under different conditions is poorly developped. But, of course, the large majority of phenomena we observe cannot described by equilibrium systems. We wish to concentrate here on at least two possible extension that can be actually followed: disordered systems and stationary nonequilibrium systems. 1. Disordered systems have, together with variables free to fluctuate towards their equilibrium, different variables whose dynamics is so slow that they can be considered effectively randomly quenched. The great achievements in the paradigmatic example within this category, spin glass models, have been fruitful also to attack a variety of systems outside the traditional field of application of physics: we go from neural networks to combinatorial optimization, from growth model to models of financial markets. 2. Often an external field produces work and induces currents in the system, driving it out of equilibrium. When a stationary state is achieved, this, which is not a Gibbs state, has nonetheless many features in common with that. In particular, there is evidence for phase transitions with a phenomenology quite similar to that of Gibbs states, like scale invariance and universality of the singularities. ------------------------------------------------------------------------ 2.4.a Riferimenti bibliografici Per il finite-size-scaling: S. Caracciolo et al. "Extrapolating Monte Carlo Simulations to Infinite Volume: Finite-Size Scaling at $xi/L gg 1$" Phys. Rev. Letts 74 (1995), 2969 S. Caracciolo, A. Pelissetto ``Corrections to Finite-Size Scaling in the Lattice $N$-Vector Model for $N=infty$'' Phys. Rev. D 58 (1998), 10500 S. Caracciolo et al. ``Finite-Size Correlation Length and Violations of Finite-Size Scaling'' Europ. Phys. Journ. B 20 (2001), 255 Per una discussione su alcune questione in sospeso nei sistemi non-abeliani S. Caracciolo, A. Montanari, A. Pelissetto ``Asymptotically free models and discrete non-Abelian groups'' Phys. Letts B 513 (2001), 223 Per i sistemi stazionari fuori dall'equilibrio B. Schmittmann and R.K.P Zia, Phase Transitions and Critical Phenomena Vol. 17, edited by C.Domb and J.L. Lebowitz, Academic, New York (1995). Per la dinamica dei polimeri Doi M., Edwards S.F. ''The Theory of Polymer Dynamics'', Oxford Univ. Press, London (1986). S. Caracciolo, M. S. Causo, A. Pelissetto ``End-to-end distribution function for dilute polymers'' Journ Chem. Phys. 77 (2000), 7693 S. Caracciolo et al. ``Bilocal Dynamics for Self-Avoiding Walks'' Journ. Stat. Phys. 100 (2000), 1111 Per la generalizzazione del matrix-tree theorem S. Caracciolo et al. , ``Fermionic field theory for trees and forests" Phys. Rev. Letts. 080601 (2004) S. Caracciolo and A. Sportiello, ``O(n) vector model at n=-1, -2 on random planar lattices: a direct combinatorial derivation", J. Stat. Mech. L02002 (2005) Alberts D., et. al. "The Molecular Biology of the Cell", Garland, NY, 1994. Sleigh M.A., editor Cila and Flagella, Academic, London (1974). M.C. Cross and P.C. Hohemberg, "Pattern formation outside of equilibrium", Rev. Mod. Phys.,65 2, (1993). Per i motori biologici: F.J. Nedelec et al., Nature 389, p.305 (1997). Bassetti, B. et al., Eur. Phys. J. B 15, 483 (1999). Lee, H.Y., Kardar,M., Phys. Rev. E 64, 056113 (2001) Bassetti, B. et al., Eur. Phys. J. B 41, 689 (1998). Bassetti, B. et al., Eur. Phys. J. B 26, 81 (2002). Gheber L., Korngreen, A. Priel, Z. ``Effect of viscosity on metachrony in mucus propelling cilia'', Cell Motil. Cytoskeleton 39:9-20 (1998). Gueron S., Levit-Gurevich K. ``Energetic considerations of ciliary beating and the advantage of metachronal coordination'', Proc. Nat. Acad. Sci. USA 96, 22:12240-12245 (1999). Gueron S., et al., ``Cilia internal mechanism and metachronal coordination as the result of hydrodynamical coupling'', Proc. Nat. Acad. Sci. USA 94:6001-6006 (1997). Wiggins, C.H. Goldstein, R.E. Phys. Rev. Lett. 80,17 p.3879 (1998). Camalet S., Julicher F., New J. Phys. 2, p.24.1 (2000). Per applicazioni alla finanza quantitativa: R. N. Mantegna, H. E. Stanley, An Introduction to Econophysics: Correlations and Complexity in Finance, Cambridge University Press, Cambridge, England (1999) Studio di un modello con correlazione in campo medio per il mercato azionario, Master thesis in physics, of A. Martinelli, academical year 2002-2003 Effetti di interazioni collettive e correlazioni in modelli per i mercati finanziari, Master thesis in physics, of A. Della Savia, academical year 2002-2003 M. Airoldi, Correlation Structure and Fat Tails in Finance: a New Mechanism, arXiv:cond-mat/0107593 M.E.J. Newman, The structure of function of complex network, arXiv:cond-mat/0303516 Per i vetri di spins M. Mezard, G. Parisi, M.A. Virasoro, "Spin Glass Theory and Beyond, World Scientific, Singapore, (1987). Per alcune applicazioni della meccanica statistica dei sistemi disordinati N. Sourlas, Statistical Mechanics and error-correction Codes, Proceedings of the Marseille Satellite Colloquium ``Mathematical Results in Stat. Mechanics'' A. Montanari, "The glassy phase of Gallager codes", Eur. Phys. J. B 23, 121 (2001) M. Leone, F. Ricci-Tersenghi, R. Zecchina, Phase coexistence and finite-size scaling in random combinatorial problems, J. Phys. A 34, 4615 (2001) R. Monasson et al., "Typical-case complexity", Nature (London) 400, 133 (1999) ------------------------------------------------------------------------ 2.5 Descrizione del programma e dei compiti dell'Unità di Ricerca *Testo italiano* -) Ci proponiamo di chiarire definitivamente le differenze nel comportamento critico di modelli sigma in due dimensione quando il gruppo di simmetria non abeliano e' continuo o discreto, e di verificare le previsioni che vengono dalla analisi perturbativa standard del flusso del gruppo di rinormalizzazione. -) Riteniamo che gli algoritmi da noi messi a punto per lo studio di polimeri ci mettano nelle condizioni di eseguire degli studi numerici assai piu' dettagliati di quanto non sia stato fatto sulla transizione alla fase collassata. essi dovrebbero infatti essere in grado di studiare i modi diffusivi lungo la catena e muovere pezzi di struttere secondarie assemblate come quelle ad elica alpha. -) Nella teoria della complessita' la classificazione di problemi in termini del costo computazionale necessario a risolvere gli esempi "piu' difficili" all'interno di una certa classe puo' essere utilmente estesa allo valutazione del costo computazionale "tipico" per i problemi di tale classe. Infatti spesso la probabilitita' che i problemi piu' duri si realizzino e' trascurabile. In uno studio di tipo statistico i metodi sviluppati nell'ambito dei sistemi disordinati si dimostrano si stanno dimostrando assai utili. Una migliore comprensione dei meccanismi che sono responsabili dell'apparizione degli esempi di problemi piu' difficili puo' permettere un decisivo miglioramento degli algoritmi attualmente diffusi nelle svariate applicazioni. Abbiamo di recente formulato un modello che presenta la caratteristica "transizione di fase" ma permette una serie di investigazioni analitiche che sono precluse a modelli simili: ci proponiamo di utilizzarlo per meglio confrontare alcune delle metodologie introdotte in questo campo. Tale modello ha poi delle applicazioni anche nello studio di algoritmi di codifica e piu' in generale per problemi di inferenza statistica. -) Abbiamo recentemente introdotto una definizione di lunghezza di correlazione utile a discutere sistemi stazionari fuori dall'equilibrio per l'azione di un campo forzante, dove pure il decadimento delle funzioni di correlazione e' algebrico per ogni temperatura. Ci pare naturale utilizzare tale lunghezza per utilizzare le metodologie di analisi del comportamento di scala al variare della taglia finita del sistema, che sono le piu' potenti per determinare il comportamento critico. Questo permetterebbe di dirimere una annosa polemica su alcune previsioni teoriche che sono ancora oggi in discussione nel cosiddetto Driven Lattice Gas. -) Abbiamo intenzione di studiare le proprieta' statistiche dell'insieme di alberi che invadono reticoli, anche utilizzando la generalizzazione del teorema di alberi-matrici che abbiamo recentemente dimostrato. -) Abbiamo elaborato un modello ispirato a esperimenti di auto-organizzazione di microtubuli e motori, basato sui driven lattice gas, che propone come variabili rilevanti sia la forzante locale dei motori biologici sia l' interazione di volume escluso tra i polimeri e mostra un ricco diagramma di fase che include stati assorbenti e stati stazionari di nonequilibrio inomogenei. Ci proponiamo di estendere questo modello includendo ** l 'effetto della forzante sui gradi di liberta'rotazionali dei filamenti, tipo modello proposto da Kardar in campo medio ( generazione di vortici); ** il problema della instabilita' dinamica che appare rilevante da esperimenti per l'organizzazione dei microtubuli nelle varie fasi del ciclo cellulare e che abbiamo gia' analizzato nel caso la dinamica diffusiva forzata di un solo microtubulo in un esperimento di "motility assay", individuando le condizioni per la violazione della dinamica diffusiva su lunghe scale - altre geometrie -) Abbiamo introdotto di recente un modello semplificato che permette di studiare fenomeni legati all'interazione idrodinamica tra ciglia, quali la generazione spontanea di flusso idrodinamico e la formazione di pattern spazio-temporali (onda metacronale). Abbiamo risultati nel caso in cui l' energia fornita al sistema sia un processo stocastico temporalmente modulato (descritto da un propagatore tipo Brazowski della MS d' equilibrio ) Vorremmo estendere a processi genuinamente Poissoniani e fortemente non additivi, processi corrispendenti a varie possibilita' per il motore interno del singolo oggetto. Attraverso questo modello vorremmo individuare le caratteristiche essenziali del complesso attivo interno alle ciglia che danno luogo ai vari fenomeni su larghe scale. Al momento stiamo studianodo modi di affrontare attraverso modelli piu' dettagliati le proprieta' dinamiche del singolo filamento come oggetto esteso. *Testo inglese* -) We wish to eventually clarify the differences in the critical behaviour of 2-dimesional sigma models when the nonabelian symmetry is discrete and continuous, and to verify numerically the perturbative analysis of the renormalization group flow. -) We believe that the numerical algorithms we have introduced to simulate polymers will allow us to study with high precision the transition to the collapsed phase and the diffusive modes along the chain by moving pieces of secondary structures like alpha helicas. -) In the theory of complexity the classification of problems by the computational cost necessary to solve the hardest instances within a certain class can be usefully enlarged to the evaluation of the typical computational cost in a statistical ensemble. Indeed, often the probability of the hardest problems is neglegible. In a statistical approach the methods of statistical mechanics for disordered systems are effective, as we are learning in these days. A more detailed understanding of the origin of the hardest instances can be useful to design algorithms faster than those applied commonly in a lot of applications. We have recently introduced a model which shows a typical phase transition but allows a series of analytical investigations otherwise impossible in similar models: we hope to use it to check many of the methods applied in this field. This model can also be applied in the study of error correcting codes and, more generally, in the statistical inference context. -) We have recently introduced a notion of correlation length for the driven lattice gas where the decay of the correlation functions is algebraic for all temperatures. We are planning to sistematically use this definition in connection with finite-size-scaling methods to clarify once for all a discussion about the theoretical predictions for critical behavior of the driven lattice gas which have come under an animated discussion recently in the litterature. -) We wish to study the statistical properties of the ensemble of spanning trees on various lattices also using the generalisation of the matrix-tree theorem we have recently proved. -) We developed a model inspired by experiments of self-organization of microtubules and motor proteins, based on driven lattice-gas models, in which we propose the local drive of the molecular motors together with excluded volume interactions between the polymers as relevant variables. The model exhibits a rich phase behavior, which includes absorbing states, and far from equilibrium ihomogeneous steady states. We wish to extend the model, including - the effect of the drive on the orientational degrees of freedom of the filaments - the problem of dynamic instability, that appears to be relevant for the organization of microtubules throughout the cell cycle, and that we already analyzed in the case of the driven diffusive dynamics of a single filament in a ``motility assay'' experiment, looking for the conditions for the breaking of diffusive dynamics on large scales - different geometries. -) We recently introduced a simplified model to study phenomena related to the hydrodynamic interaction between cilia, such as the spontaneous generation of flux and the formation of spatio-temporal patterns (metachronal wave). We have results for the case in which the active drive on the system is a stochastic process described by a Brazowski-like propagator. We would like to extend them to genuinely Poisson and nonadditive processes, which correspond to different possibilities for the internal drive of the single object. Trough this model we would like to look for the essential conditions for the active internal complex of cilia, necessary to give rise to the observed large scale phenomena. We are currently studying ways to model the dynamics of single filaments as extended objects. ------------------------------------------------------------------------ 2.6 Descrizione delle attrezzature già disponibili ed utilizzabili per la ricerca proposta con valore patrimoniale superiore a 25.000 Euro *Testo italiano* Nessuna *Testo inglese* Nessuna 2.7 Descrizione delle Grandi attrezzature da acquisire (GA) *Testo italiano* Nessuna *Testo inglese* Nessuna ------------------------------------------------------------------------ 2.8 Mesi uomo complessivi dedicati al programma *Testo italiano* Numero Mesi uomo 1° anno Mesi uomo 2° anno Totale mesi uomo *Personale universitario dell'Università sede dell'Unità di Ricerca* 2 22 17 39 *Personale universitario di altre Università* 1 11 11 22 *Titolari di assegni di ricerca* 1 11 11 22 *Titolari di borse* Dottorato 2 22 22 44 Post-dottorato 0 Scuola di Specializzazione 0 *Personale a contratto* Assegnisti 1 11 11 22 Borsisti 0 Dottorandi 0 Altre tipologie 0 *Personale extrauniversitario* 3 15 14 29 *TOTALE * * * *10 * *92 * *86 * *178 * *Testo inglese* Numero Mesi uomo 1° anno Mesi uomo 2° anno Totale mesi uomo *University Personnel* 2 22 17 39 *Other University Personnel* 1 11 11 22 *Work contract (research grants, free lance contracts)* 1 11 11 22 *PHD Fellows & PHD Students* PHD Students 2 22 22 44 Post-Doctoral Fellows 0 Specialization School 0 *Personnel to be hired* Work contract (research grants, free lance contracts) 1 11 11 22 PHD Fellows & PHD Students 0 PHD Students 0 Other tipologies 0 *No cost Non University Personnel* 3 15 14 29 *TOTALE * * * *10 * *92 * *86 * *178 * PARTE III 3.1 Costo complessivo del Programma dell'Unità di Ricerca *Testo italiano* Voce di spesa Spesa in Euro Descrizione Materiale inventariabile 10.000 computers, periferiche, libri, riviste, mobilia Grandi Attrezzature Materiale di consumo e funzionamento 8.000 software, telefoni, carta, cancelleria Spese per calcolo ed elaborazione dati Personale a contratto 40.000 un assegnista che ci aiuti a sviluppare il nostro progetto di ricerca sia sul paino teorico che nelle simulazioni numeriche Servizi esterni 2.000 aiuto per la gestione logistica ed ammisnistrativa del progetto, e per la gestione dell'hardware Missioni 3.000 collaborazione con le altre sedi Pubblicazioni 1.000 per la diffusione dei risultati scientifici Partecipazione / Organizzazione convegni 2.000 partecipazione a conferenze internazionali Altro *TOTALE* *66.000 * * * *Testo inglese* Voce di spesa Spesa in Euro Descrizione Materiale inventariabile 10.000 computers, hardware, books, reviews Grandi Attrezzature Materiale di consumo e funzionamento 8.000 software, telephone, paper Spese per calcolo ed elaborazione dati Personale a contratto 40.000 a young researcher who can help us to develop our project both on the theorecatil ground as in the numerical simulations Servizi esterni 2.000 help in burocratic duties and hardware management Missioni 3.000 collaboration with othet members Pubblicazioni 1.000 diffusion of scientific papers Partecipazione / Organizzazione convegni 2.000 International conferencies Altro *TOTALE* *66.000 * * * 3.2 Costo complessivo del Programma di Ricerca Descrizione Costo complessivo del Programma dell'Unità di Ricerca 66.000 Fondi disponibili (RD + RA) /comprensivi dell'8% max per spese di gestione/ 19.800 5000 vengono dalla sezione di Milano dell'INFN ed il resto dalla Universita' di Milano Cofinanziamento di altre amministrazioni *Cofinanziamento richiesto al MIUR* 46.200 3.3.1 Certifico la dichiarata disponibilità e l'utilizzabilità dei fondi di Ateneo (RD e RA) SI /(per la copia da depositare presso l'Ateneo e per l'assenso alla diffusione via Internet delle informazioni riguardanti i programmi finanziati e la loro elaborazione necessaria alle valutazioni; D. Lgs, 196 del 30.6.2003 sulla "Tutela dei dati personali")/ Firma _____________________________________ Data 04/04/2005 ore 17:16