Entropy production and irreversibility in transition state theory
| Název práce v češtině: | Entropie a nevratnost přechodů přes energetické bariéry |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Entropy production and irreversibility in transition state theory |
| Klíčová slova: | doby trvaní přechodových jevů|problém prvního průchodu|teorie přechodového stavu|Brownův pohyb|produkce entropie|dvojjámový potenciál |
| Klíčová slova anglicky: | transition times|first-passage problem|transition state theory|Brownian motion|entropy production|double-well potential |
| Akademický rok vypsání: | 2020/2021 |
| Typ práce: | bakalářská práce |
| Jazyk práce: | angličtina |
| Ústav: | Katedra makromolekulární fyziky (32-KMF) |
| Vedoucí / školitel: | RNDr. Artem Ryabov, Ph.D. |
| Řešitel: | Mgr. Šimon Pajger - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 19.10.2020 |
| Datum zadání: | 19.10.2020 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 30.12.2020 |
| Datum a čas obhajoby: | 14.09.2021 09:00 |
| Datum odevzdání elektronické podoby: | 16.07.2021 |
| Datum odevzdání tištěné podoby: | 16.07.2021 |
| Datum proběhlé obhajoby: | 14.09.2021 |
| Oponenti: | doc. RNDr. Tomáš Novotný, Ph.D. |
| Zásady pro vypracování |
| Hlavním vědeckým cílem bakalářské práce bude diskuze distribucí dob přechodových procesů v případě podtlumené stochastické dynamiky.
Konkrétní dílčí cíle jsou: - Vytvořit kinetické Monte Carlo simulace přechodových trajektorií v případě podtlumené stochastické dynamiky přechodů přes potenciálové bariéry. - Diskutovat (i) distribuce dob přechodů a (ii) statistiku poloh systému během přechodového procesu. - Pokusit se nalézt vztah těchto veličin s produkcí entropie v okolním prostředí. |
| Seznam odborné literatury |
| [1] H.S. Chung and W.A. Eaton, Single-molecule fluorescence probes dynamics of barrier crossing, Nature 502, 685 (2013)
[2] K. Neupane, F. Wang, and M.T. Woodside, Direct measurement of sequence-dependent transition path times and conformational diffusion in DNA duplex formation, PNAS 114, 1329 (2017) [3] N.Q. Hoffer, K. Neupane, A.G.T. Pyo, and M.T. Woodside, Measuring the average shape of transition paths during the folding of a single biological molecule, PNAS 116, 8125 (2019) [4] P. Cossio, G. Hummer, and A. Szabo, Transition paths in single-molecule force spectroscopy, J. Chem. Phys. 148, 123309 (2018) [5] A.M. Berezhkovskii, G. Hummer, and S.M. Bezrukov, Identity of Distributions of Direct Uphill and Downhill Translocation Times for Particles Traversing Membrane Channels, Phys. Rev. Lett. 97, 020601 (2006) [6] A. Ryabov, D. Lips, and Ph. Maass, Counterintuitive Short Uphill Transitions in Single-File Diffusion, J. Phys. Chem. C 123, 57149 (2019) [7] D. Voráč, Ph. Maass, and A Ryabov, Cycle completion times probe interactions with environment, J. Phys. Chem. Lett. 11, 6887 (2020) [8] J. Gladrow, M. Ribezzi-Crivellari, F. Ritort, and U.F. Keyser, Experimental evidence of symmetry breaking of transition-path times, Nat. Commun. 10, 55 (2019) [9] N. G. Van Kampen, Stochastic processes in physics and chemistry (3rd ed., North-Holland Personal Library) [10] C.W. Gardiner, Handbook of Stochastic Methods for Physics, Chemistry and the Natural Sciences. (2nd ed., Springer-Verlag Berlin 1983). [11] Další odborná časopisecká literatura dle doporučení vedoucího |
| Předběžná náplň práce |
| Studium konformačních změn makromolekul v reakci na změny v okolním prostředí tvoří důležitou podoblast moderní biofyziky [1-3]. Tyto konformační změny mohou být reprezentovány rychlou (ve srovnání s dobou, jako makromolekula setrvává v určité metastabilní konfiguraci) stochastickou (termální fluktuace neleze zanedbat) dynamikou reakční souřadnice, která probíhá množinu nestabilních stavů v krajině volné energie.
Za obvyklého předpokladu, že dynamika splňuje princip lokální detailní rovnováhy [4], jsou doby přechodů přes nestabilní oblast v navzájem opačných směrech identicky rozdělené náhodné proměnné [5]. Je také známo, že jejích distribuce přestávají být identické v komplexních interagujících systémech [6,7], nebo kvůli působení stochastických vnějších sil [8]. Hlavním vědeckým cílem bakalářské práce bude diskuze distribucí dob přechodových procesů v případě podtlumené stochastické dynamiky. Toto netriviální zobecnění výše uvedených poznatků může mít zajímavé důsledky jednak pro moderní experimenty s levitujícími nanočásticemi, jednak pro teorii tranzitního stavu v chemické kinetice. |