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Das Modell beweist – soziale Distanzierung funktioniert

Verständnis der Ausbreitung von Infektionskrankheiten Covid-19: Das Modell beweist – soziale Distanz funktioniert

Es ist schwierig, sozialen Kontakt zu vermeiden und Abstand zueinander zu halten, wird jedoch als wirksames Mittel angesehen, um sich selbst und andere vor einer Infektion mit dem SARS-CoV-2-Coronavirus zu schützen. Nicht alle sind sich einig, und Kritiker stellen sogar die Wirksamkeit dieser relativ einfachen Maßnahme in Frage. Die Physiker der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster haben nun in Modellsimulationen gezeigt, dass die Zahl der Covid-19-Infektionen aufgrund von „sozialer Distanzierung“ drastisch sinkt.

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Physiker der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster haben in Modellsimulationen gezeigt, dass die Zahl der COVID-19-Infektionen aufgrund „sozialer Distanzierung“ drastisch abnimmt. (Bild des Symbols)

(Bild: gemeinfrei)

Münster – Nach dem weltweiten Ausbruch von Covid-19 durch das neuartige Coronavirus SARS-CoV-2 arbeiten Wissenschaftler auf der ganzen Welt intensiv an der Erforschung von Infektionskrankheiten. Dies gilt nicht nur für Virologen, sondern auch für Physiker, die mathematische Modelle entwickeln, um die Ausbreitung von Epidemien zu beschreiben. Diese Modelle sind wichtig, um die Auswirkungen verschiedener Maßnahmen zur Eindämmung von Krankheiten zu testen – wie Gesichtsmasken, Schließungen von öffentlichen Gebäuden und Geschäften oder die berüchtigte „soziale Distanzierung“, d. H. Das Vermeiden von Abständen die Infektion. Diese Modelle dienen häufig als Grundlage für politische Entscheidungen und stärken die Legitimität der ergriffenen Maßnahmen.

Verständnis der Ausbreitung von Infektionskrankheiten

Die Physiker Michael te Vrugt, Jens Bickmann und Professor Dr. Raphael Wittkowski vom Institut für Theoretische Physik und dem Zentrum für Weiche Nanowissenschaften der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben ein neues Modell für die Ausbreitung ansteckender Krankheiten entwickelt. Die Arbeitsgruppe von Raphael Wittkowski befasst sich mit statistischer Physik, dh der Beschreibung von Systemen, die aus einer großen Anzahl von Teilchen bestehen. Physiker verwenden unter anderem die „Dynamic Density Functional Theory“ (GFCI), eine in den 1990er Jahren entwickelte Methode, die wechselwirkende Teilchen beschreibt.

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Beeinflusst die Blutgruppe das Risiko, eine Krone zu entwickeln? Die ersten Ergebnisse der Studie sprechen dafür.

Zu Beginn der Koronapandemie kam ihnen der Gedanke, dass dieselbe Methode zur Beschreibung der Ausbreitung von Krankheiten nützlich sein würde. „Menschen, die soziale Distanzierung praktizieren – die versuchen, Abstand voneinander zu halten – können sich grundsätzlich als Teilchen vorstellen, die sich gegenseitig abstoßen, weil sie beispielsweise die gleiche elektrische Ladung haben“, sagt der Erstautor Michael te Vrugt. „Vielleicht können Sie Theorien, die abstoßende Partikel beschreiben, auf Menschen anwenden, die in einem Abstand voneinander stehen.“

Wie soziale Distanzierung funktioniert

Basierend auf dieser Idee entwickelten sie das „SIR-GFCI-Modell“, das das SIR-Modell (eine bekannte Theorie zur Beschreibung der Ausbreitung von Infektionskrankheiten) mit GFCI kombiniert. Die daraus resultierende Theorie beschreibt Menschen, die sich gegenseitig infizieren können, aber auch Abstand voneinander halten. „Es ermöglicht auch, die Weltraum-Hotspots infizierter Menschen zu beschreiben und so die Dynamik sogenannter“ Superspreader „-Ereignisse wie Karneval in Heinsberg oder Après-Ski in Ischgl besser zu verstehen.“, Fügt Co-Autor Jens Bickmann hinzu. Die Ergebnisse der Studie wurden nun in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Simulationen, die auf einem neuen Modell der Ausbreitung von Epidemien basieren, zeigen die Abnahme der Anzahl von Infektionen aufgrund sozialer Distanzierung.
Simulationen, die auf einem neuen Modell der Ausbreitung von Epidemien basieren, zeigen die Abnahme der Anzahl von Infektionen aufgrund sozialer Distanzierung.

(Bild: M. te Vrugt et al./Naturforschung)

Das Ausmaß der sozialen Distanzierung wird dann durch die Stärke der abstoßenden Interaktion beschrieben. „Dies bedeutet, dass die Theorie auch verwendet werden kann, um die Auswirkungen sozialer Distanzierung zu testen, indem eine Epidemie mit unterschiedlichen Werten der Parameter simuliert wird, die die Stärke der Interaktion beschreiben“, sagt Studienleiter Raphael Wittkowski.

Die Simulationen zeigen, dass die Anzahl der Infektionen aufgrund sozialer Distanzierung tatsächlich erheblich abnimmt. Das Modell reproduziert somit den berühmten „Flatten-The-Curve-Effekt“, bei dem die Kurve, die die zeitliche Entwicklung der Anzahl der Patienten beschreibt, aufgrund der Einhaltung ihrer Distanz deutlich flacher wird. Im Vergleich zu bestehenden Theorien hat das neue Modell den Vorteil, dass die Auswirkungen sozialer Interaktionen explizit modelliert werden können.

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Originalveröffentlichung: M. te Vrugt, J. Bickmann, R. Wittkowski (2020). Auswirkungen sozialer Distanzierung und Isolation auf die Ausbreitung der Epidemie nach dem Vorbild der Funktionstheorie der dynamischen Dichte. Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-020-19024-0

* Dr. K. Kottke: Westfälische Wilhelms-Universität Münster, 48149 Münster

(ID: 46972124)

Mallory Glasg

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