On the ratchet effect

Abstract

Entender el efecto trinquete inducido por la simetría temporal de fuerzas es una cuestión fundamental que ha permanecido sin resolver durante décadas. Mientras la dependencia del transporte dirigido en cada uno de los parámetros de control de trinquete ha sido investigada individual, experimental, teórica y numéricamente, no hay todavía ningún criterio general para aplicar a todo el conjunto de estos parámetros un sistema óptimo de control de dirección de transporte. También divulgamos óptimamente cómo mejorar el transporte dirigido, pues existe una fuerza universal en forma de onda que puede ser entendida como el resultado fundamental de dos competencias mecánicas: el aumento del grado de ruptura de las simetrías temporales y la disminución de la fuerza de impulso. Demostramos que esta forma de onda universal explica todos los resultados anteriores, experimental, teóricos y numéricos, en favor de una gran diversidad de sistemas, incluyendo las enzimas del motor.

Understanding the ratchet effect induced by symmetry breaking of temporal forces is a fundamental issue that has remained unresolved for decades. While the dependence of the directed transport on each of the ratchet-controlling parameters has been individually investigated experimentally, theoretically, and numerically, there is still no general criterion to apply to the whole set of these parameters to optimally control directed transport in general systems. We report that, too optimally enhance directed transport, there exists a universal force waveform which can be understood as the result of two competing fundamental mechanisms: the increase of the degree of breaking of the aforementioned temporal symmetries and the decrease of the force impulse. We demonstrate that this universal waveform explains all the previous experimental, theoretical, and numerical results for a great diversity of systems, including motor enzymes.