Un mathématicien de Leicester a développé une théorie pour expliquer le « chauffage par refroidissement », où la température d'un gaz granulaire augmente tandis que l'énergie totale diminue - un phénomène particulier qui peut être observé à la fois sur Terre et dans l'espace.

Les gaz granulaires sont l'un des rares exemples où ce mystère scientifique peut être observé. Ces systèmes sont largement répandus dans la nature sous forme d'aérosols et de fumées sur Terre, ou sous forme de poussière interstellaire, anneaux planétaires et disques proto-planétaires dans l'espace.

L'effet étonnant de « chauffage par refroidissement » correspond, en termes physiques, à une capacité calorifique négative. L'agrégation de gaz granulaires est le deuxième objet au monde, après les systèmes gravitaires, qui manifeste cette étonnante propriété.

"Dès l'école secondaire, on nous apprend que température signifie énergie - plus la température est élevée, plus l'énergie est grande. Si un système perd de l'énergie, sa température baisse, " déclare le professeur Nikolai Brilliantov du département de mathématiques de l'Université de Leicester, qui a dirigé la recherche. "Étonnamment, ce n'est pas toujours vrai pour les gaz granulaires."

Le groupe international de scientifiques a fourni un indice essentiel sur le fonctionnement des gaz granulaires et a démontré cette mystérieuse qualité dans un article publié dans la revue, Communication Nature , où ils ont construit une base mathématique solide du phénomène.

Ils ont élaboré un nouvel outil mathématique :les équations de Smoluchowski généralisées. Alors que les équations de Smoluchowski classiques, connus depuis plus d'un siècle, traiter uniquement de l'évolution de la concentration des agglomérats, les nouvelles équations décrivent également l'évolution de la température des agglomérats.

La modélisation microscopique directe du système, par des simulations informatiques poussées, a confirmé l'existence de ce régime surprenant et d'autres prédictions de la théorie.

Il a également été montré que, malgré sa particularité, « chauffage par refroidissement » peut être observé pour de nombreux systèmes dans des conditions naturelles. Cependant, les forces interparticulaires doivent respecter une condition préalable importante :la force d'attraction doit augmenter avec la taille des agglomérats.

« Comprendre les différents régimes d'évolution des gaz granulaires agrégés est important pour comprendre les nombreux phénomènes naturels où ces systèmes sont impliqués, " ajoute le professeur Brilliantov.