Termodinâmica Anômala na Microscale

O movimento das partículas na microscale é uma incessante luta entre flutuações térmicas e forças aplicadas de um lado e a forte resistência exercida pela viscosidade do fluido do outro. A fricção é tão intensa que negligenciar completamente a inércia--a aproximação superamortecida--oferece uma excelente descrição efetiva da mecânica real das partículas. Em nítido contraste com este resultado, aqui mostramos que a aproximação superamortecida falha dramaticamente quando quantidades termodinâmicas, como a produção de entropia no ambiente, são consideradas, na presença de gradientes de temperatura. No limite de inércia infinitesimal, mas finita, encontramos que a produção de entropia é dominada por uma contribuição que é anômala, ou seja, não tem equivalente na aproximação superamortecida. Este fenômeno, que chamamos de anomalia entrópica, é devido a uma quebra de simetria que ocorre ao mover-se para o limite de pequena inércia finita. A produção de entropia anômala é rastreada de volta a trajetórias cíclicas fúteis no espaço de fases, exibindo um rápido movimento na direção descendente seguido por um lento retorno na direção ascendente à posição original.