群がる粒状ネマティックで長生きする巨大な数値の変動

科学分野:

• 物理 物理学 物理学とは
• ソフトマター物理学 ソフトマター物理学
• 活性物質物理学 活性物質物理学

背景:

• 鳥やバクテリアの群れのような生物は,自発的な指向的な秩序を示します.
• このようなシステムは,液体結晶の秩序も示す均衡システムとは異なる.
• 生物の集合運動の背後にあるメカニズムを理解することは極めて重要です.

研究 の 目的:

• 自発的な秩序を持つ生物と,同様の秩序を持つ均衡システムとの間の違いを調査する.
• 集団運動の出現と大規模な不均一性を簡素化されたモデルシステムで探求する.
• 遠距離通信のないシステムで群れ行動が生じるかどうかを判断する.

主な方法:

• 流体化されたマクロスコーピック棒の単層を使用しています.
• システムをネマティック液晶相に限定する.
• 粒子数の変動とその時間的衰退を観察し,定量化する.

主要な成果:

• 標準偏差が平均値と線形に伸びる巨大な数値の変動を観測した.
• これらの変動は,中央極限定理の予測から逸脱する.
• 変動は長続きし,時間の経過とともに対数分解する.

結論:

• 粒子同士が接触によってのみ相互作用するシステムでは,群れと一貫した動きが生じることがあります.
• 大規模な不均一性は,直接的な粒子通信なしでも可能である.
• この発見は,接触に基づく相互作用が,活性物質における複雑な集団的行動を誘導することを示唆している.