Optimal work of Brownian motion in a harmonic time-dependent stiffness potential. Effect of the initial position

Abstract

The system consists of a Brownian particle immersed in a heat bath trapped in optical tweezers with a time-dependent strength acting as an external protocol. In 2007 (reference 3), the optimal mean work in the overdamped regime was thoroughly calculated by assuming the work must be averaged over the distribution of the initial position of the particle. The present research assumes instead the solution of the Langevin equation for any given initial position and its average done over the noise distribution. Therefore, this proposal extends in a more general sense the results already published, including the appearance of Maxwell’s demon for particular initial conditions which is analyzed in terms of entropy production rate and the mutual information obtained by measuring the particle position. The proposed research has the advantage of being able to be compared with data from numerical simulations. PACS numbers: 05.30.?d; 05.40.Jc9

Efecto de la posición inicialEl sistema consiste en una partícula browniana inmersa en un baño térmico y atrapada en una pinza óptica con una intensidad dependiente del tiempo actuando como un protocolo externo. En 2007 (referencia 3), se calculó minuciosamente el trabajo óptimo promedio en el régimen sobre amortiguado, asumiendo que el promedio debe ser ejecutado sobre la distribución de la posición inicial de la partícula. En su lugar, esta investigación asume que el promedio debe ser realizado sobre la distribución del ruido. Por lo tanto, este trabajo extiende de una manera más general los resultados ya publicados, incluyendo la aparición de un demonio de Maxwell para una condición inicial particular, el cual es analizado en términos de la rata de producción de entropía y la información mutua obtenida al medir la posición de la partícula. El método propuesto posee la ventaja de ser comparado con datos de simulaciones numéricas. Números PACS: 05.30.?d; 05.40.Jc9