Formação de vórtices em matéria ativa II

Recentemente, estudou-se o comportamento coletivo de um tipo de partícula, o qual possui um mecanismo intrínseco que imprime um movimento perene com direção aleatória, a qual muda aleatoriamente no tempo [1-6]. Alguns exemplos, com diferentes mecanismos intrínsecos são microrrobôs [7], partículas Janus [8,9], bactérias [10,11] e sistemas granulares ativos [12,13]. Em função deste mecanismo intrínseco, tais partículas são chamadas autopropelidas ou ativas, em oposição a partículas passivas, os bem conhecidos colóides térmicos. A presença deste mecanismo intrínseco possibilita o surgimento de novos fenômenos coletivos. Um destes fenômenos é a separação espontânea destas partículas em um agregado rodeado por um gás diluído, a famosa transição MIPS (motility-induced phase separation) [14]. Como consequência desta tendência natural à separação, partículas ativas tendem a se agregar em superfícies rígidas [15-20]. Particularmente, há a possibilidade, se a superfície rígida for circular, as partículas formam um agregado que gira agira com certa velocidade angular, a saber, um vórtice de partículas ativas. Tal fenômeno foi reportado a primeira vez em [17] e estudado com mais profundidade em [18-22]. Sabe-se que a formação destas estruturas dinâmicas resulta da captura de partículas do meio pela primeira camada rugosa de partículas ativas que se acomoda à superfície rígida [18,19]. A medida que mais partículas são adicionadas ao vórtice, ele naturalmente seleciona uma das duas possíveis direções de rotação. Já se observou que dois vórtices vizinhos influenciam seus regimes de rotação [20], a possibilidade de determinar o sentido da rotação aproximando ao vórtice, obstáculos assimétricos (como semicírculos) que possam direcionar uma corrente de partículas tangente ao vórtice [21] e as relações de escala do tamanho e massa do vórtice com o tamanho do sistema [22]. Algumas questões cruciais a respeito da dinâmica intrínseca de um vórtice permanecem em aberto. Os estudos disponíveis se ocuparam em explicar, com sucesso, o mecanismo de formação de vórtices [17,18]. Entretanto, se desconhece que fatores particulares determinam o regime de rotação de um vórtice [18] e como os rearranjos naturais das partículas dentro do vórtice levam, ou não, a mudanças de rotação. O foco deste projeto é tentar entender tais questões através de simulações numéricas deste fenômeno e com medidas de correlações de movimento entre as partículas e características estruturais do vórtice e ligá-los a mudanças de rotação e ao tamanho do obstáculo.