Přechod šum - signál: zisk energie ze šumu studovaný pomocí optické pinzety

0449287 - ÚPT 2016 RIV CZ cze C - Konferenční příspěvek (zahraniční konf.)
Šiler, Martin - Filip, R. - Jákl, Petr - Brzobohatý, Oto - Zemánek, Pavel
Přechod šum - signál: zisk energie ze šumu studovaný pomocí optické pinzety.
[Noise to signal transition: work obtained from noise studied by the optical tweezers.]
Sborník příspěvků multioborové konference LASER 55. Brno: Ústav přístrojové techniky AV ČR, 2015, s. 73-74. ISBN 978-80-87441-16-9.
[LASER 55. Třešť (CZ), 21.10.2015-23.10.2015]
Grant CEP: GA ČR GB14-36681G
Institucionální podpora: RVO:68081731
Klíčová slova: random motion * stochastic differential equations * optical tweezers
Kód oboru RIV: BH - Optika, masery a lasery

Nelineární jevy ve fyzikálních systémech, ve kterých dominuje šum, se vyskytují v mnoha různých oblastech a představují velice zajímavé téma. Jedná se například o chování qubitů v kvantových počítačích, průchod elektronu Josephsonovým přechodem v supravodivých systémech nebo (okrajově) chování finančních trhů. Tyto oblasti mají společné, že jsou popsány pomocí stochastických diferenciálních rovnic. Existující přístup k tomuto tématu se zabýval především určováním průměru, odchylek a dalších statistických parametrů. Nedávný rozvoj optické kontroly mechanických systémů otevřel nové možnosti studia mechanických efektů v termodynamice a statistické fyzice, stochastických systémech a kvantové mechanice. Unikátní je možnost sledovat chovaní jedné částice, několika částic až po komplexní mnohačásticové systémy. Můžeme očekávat, že se v blízké budoucnosti objeví nelineární stochastické efekty, které transformují šum v užitečné mechanické efekty. V tomto příspěvku se zabýváme chováním mikroskopické částice, která se pohybuje náhodným Brownovým pohybem, v kubickém potenciálu. Ten přestavuje nejjednodušší systém, ve kterém můžeme pozorovat výše zmíněné nelineární jevy. Zabýváme se především přechodem signál-šum. Tedy tím, jak se vyvíjí poloha částic v závislosti na jejich počátečním rozložení a na síle kubického potenciálu. Ukážeme, že v krátkém časovém úsek může dojít ke kompresi původního náhodného rozdělení částic a k rychlému posunu částic daným směrem.

The noise-to-signal transitions are very interesting processes in physics as they might transform environmental noise to useful mechanical effects. In this contribution we introduce the problem of stochastic noise-to-signal transition of overdamped Brownian motion of a particle in the cubic potential. The particle reaches thermal equilibrium with its environment in the quadratic potential which is suddenly swapped to the cubic potential. We predict simultaneous increase of both the displacement and signal-to-noise ratio in the cubic potential for the position linearly powered by temperature of the particle environment. Further, we propose a feasible experimental setup for proof-of-the-principle experiment that uses methods of optical trapping in shaped laser beams providing cubic and quadratic potentials.
Trvalý link: http://hdl.handle.net/11104/0251392