From the simple reacting sphere kinetic model to the reaction-diffusion system of Maxwell-Stefan type
本文对反应混合物的动力学模型进行了形式渐近分析，导出了Maxwell-Stefan型反应扩散系统。更具体地说，我们开始从简单的反应球的动力学模型进行可逆的双分子型化学反应的四元混合物的单原子理想气体。然后，我们考虑一个缩放描述的物理情况，其中机械碰撞在演化过程中发挥主导作用，而化学反应是缓慢的，并明确计算的生产条款的浓度和动量平衡方程中的反应混合物中的每个物种。最后，我们证明了在等温假设下，标度动力学模型的极限方程是Maxwell-Stefan型反应扩散系统。
2017-07-21 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Eden model with nonlocal growth rules and the kinetic roughening in biological systems
我们研究了一个非格点伊甸园模型，其中新细胞的生长是以依赖于外部资源的可用性的概率来进行的。复制所需的营养物质的浓度被认为是成比例的空隙连接的复制细胞的外部区域，因此引入一个非本地的复制规则的依赖。我们的模拟指出，Kadar-Parisi-Zhang（KPZ）普适类是一个瞬态，可以在丰富的环境中持续很长一段时间。对于营养素缺乏的条件下，我们观察到一个交叉，从定期KPZ不稳定的增长，通过一个瞬态一致的淬火KPZ类在钉扎过渡。我们的分析揭示了结果报告的普适性类的动力学粗糙化在同类实验的生物生长。
2018-08-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Numerical Observation of Disorder-Induced Anomalous Kinetics in the A + A -> 0 Reaction
我们通过数值模拟的二维双分子湮灭反应$A + A \to \emptyset$淬火，随机杂质的存在下。重整化群计算表明，对于某些类型的拓扑或带电反应物和杂质，该反应在长时间内显示出反常动力学，$c_{A}(t) \sim at^{δ-1}$。指数和前因子都依赖于无序的强度。从我们的模拟确定的衰减指数符合理论预测的值。观察到的重整化的前因子也同意与理论预测的值。
1998-09-15 cond-mat.stat-mech
Kinetic vs. energetic discrimination in biological copying
我们研究了随机复制方案，其中通过不同的动力学势垒或不同的结合能的两个匹配之间的正确和错误的匹配的歧视。我们证明，在单步反应中，这两种歧视机制是严格交替的，不能混合，以进一步减少错误分数。接近最低的错误限制，动力歧视的结果在一个发散的复制速度和耗散每复制位。相反，在耗散和速度消失的绝热状态下，能量鉴别达到其最低误差极限。通过分析两种DNA聚合酶T7和Polγ的实验测定动力学速率，我们认为它们中的一个在动力学区域中工作，而另一个在能量区域中工作。最后，我们展示了如何将这两种机制结合在复制方案中，通过校对途径实现纠错
2013-04-12 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Non-Markovian polymer reaction kinetics
描述聚合物反应的动力学，例如核酸或多肽中环和发夹的形成，由于其链的结构动力学而变得复杂。虽然这两个分子内反应，如环化，和分子间反应已被广泛研究，无论是实验和理论上，有到目前为止，没有确切的明确的分析处理运输限制聚合物反应动力学，即使在最简单的（劳斯）模型的情况下，单体连接线性弹簧。我们引入了一种新的分析方法来计算聚合物反应的平均反应时间，包括单体运动的非马尔可夫动力学。这就需要在反应的非常瞬间的聚合物的构象统计被确定，这提供了，作为一个副产品，新的信息上的反应pathway.We表明，聚合物的典型的反应构象比平衡构象，这导致反应时间显着短于现有的经典马尔可夫理论预测的更多的扩展。
2012-09-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Kinetics of the $A+B \to 0$ reaction with mass-dependent fragmentation
本文研究了一维均匀驱动的质量相关碎裂$A+B \to 0$反应动力学。在该模型中，具有质量$n_i$的位点的碎片质量$m$被给定为$m=n^λ_i$，并且其被驱动到一个方向。当相反的物质质量占据同一位置时，质量反应瞬间发生。由于$λ<1$的碎片质量$m$小于位点的质量$n_i$，因此指数$λ$控制相同位点处的颗粒之间的吸引相互作用。$λ=0$情况对应于硬核（HC）粒子系统。在两种粒子的初始密度相等的情况下，数值计算证实了除畴长$\ell$外，密度和畴长的标度行为与均匀驱动HC粒子系统的标度行为相同. $\ell$的缩放行为是$\ell \sim t^{2/3}$。只要$λ<1$存在，反应动力学与$λ$无关。$λ$ -独立动力学是由单组分结构域的$λ$ -独立集体运动引起的。
2006-12-18 cond-mat.stat-mech
Field Theory Approach In Kinetic Reaction: Role Of Random Sources And Sinks
在Doi型主方程二次量子化的场论模型框架下，研究了主方程描述中随机源和汇对反应动力学的影响.我们发现，随机源和汇显着影响模型的渐近行为，并确定两个普适性类时，用尺度分析来描述它们。我们比较的结果与Langevin方程描述相同的过程。
2011-09-29 cond-mat.stat-mech
Time-dependent corrections to effective rate and event statistics in Michaelis-Menten kinetics
本文将随机动力学中的几何相概念推广到非循环演化中。并以米氏反应动力学为例说明了该方法的应用。结果表明，非周期几何相位是负责的米氏定律的校正时，如基板浓度，随时间变化的参数。我们将这些想法应用到一个模型中的细菌培养的不断增长的规模，其中的几何校正定性地改变了反应动力学的结果的化学反应。
2010-01-24 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph q-bio.MN
Stochastic resonance due to internal noise in reaction kinetics
我们研究的反应模型，提出纯粹由于内部噪声的随机共振。这意味着波动的唯一来源来自反应物的离散特性，并且没有更多的噪声进入系统。我们的分析表明，这一现象是高度复杂的，这是由不同的随机性的相互作用，在三个固定点的一个非线性系统。
2006-07-21 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph q-bio.PE
Optimal reaction coordinates and kinetic rates from the projected dynamics of transition paths
本文提出一种基于蒙特卡洛和变分原理的算法，从少量过渡路径中自动寻找最优反应坐标，并同时准确预测活化过程的动力学速率，成功应用于水中碳纳米颗粒相互作用体系。
2023-02-24 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Reaction kinetics in open reactors and serial transfers between closed reactors
将反应网络的动力学和热力学理论推广到连续流搅拌釜式反应器（CSTR）和串联转移的失平衡动力学。根据它们的化学计量矩阵，确定了两种动力学的守恒律和网络的环。它示出的CSTR和串行传输动态是等价的限制，其中传输之间的时间间隔趋于零成比例的比例的分数的新鲜转移的解决方案。这些结果说明了有限的交叉催化反应网络和一个无限的反应网络描述聚合物之间的质量交换。序列转移动力学通常用于生命起源研究背景下的分子进化实验。本研究是脱落的串行传输参数在这些实验中所发挥的作用的新的光。
2018-03-26 cond-mat.stat-mech
Anomalous kinetics of attractive $A+B \to 0$ reactions
我们研究了一维空间中相对物种间局域吸引相互作用下的$A+B \to 0$反应动力学。这种相互吸引作用导致了孤立单组分畴内的各向同性扩散，并加速了畴边界处相反组分的反应。在相同的初始密度的$A$和$B$，我们的分析和数值计算表明，粒子的密度（$ρ$），域的大小（$\ell$），最近的邻居之间的距离相同的物种（$\ell_{AA}$），和相邻的相对物种之间的距离（$\ell_{AB}$）的时间尺度分别为$ρ\sim t^{-1/3}$，$\ell_{AA} \sim t^{1/3}$，和$\ell \sim \ell_{AB} \sim t^{2/3}$。这些动力学指数形成了一个新的普适类，区别于硬核粒子的均匀驱动系统。
2005-06-20 cond-mat.stat-mech
Acceleration of enzymatic reaction-diffusion kinetics by intermediate state
本研究通过反应-扩散模型探究中间态对生物分子马达动力学的影响，发现中间态通过降低有效能垒加速马达，尤其在负载下显著，并为设计高效人工分子马达提供启示。
2025-05-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Reaction-Path Statistical Mechanics of Enzymatic Kinetics
基于大偏差原理，提出了一种反应路径统计力学方法，用于定量描述Michaelis-Menten机制下的单分子酶促反应动力学过程.我们的理论方法从等先验概率的原则开始，并定义了反应路径熵，以构建一个新的非平衡系综作为可能的化学反应路径的集合。因此，我们评估了各种基于路径的配分函数和自由能使用的形式主义的统计力学。它们使我们能够计算给定酶反应的时间尺度，即使在没有平衡系综所必需的明确边界条件的情况下。我们还考虑了在固定观测时间的封闭边界条件下的大偏差理论来量化酶-底物解结合速率。结果表明，在有限时间尺度下，解束缚过程中存在类似相分离的双峰行为，而当其速率函数在长时间极限下收敛到单相时，该行为消失.
2022-04-08 cond-mat.stat-mech
Tuning nucleation kinetics via nonequilibrium chemical reactions
与处于热平衡的流体不同，生命系统中的生物分子混合物可以维持非平衡稳态，其中活性过程改变组成分子的构象状态。尽管在这些系统中液-液相分离之间的定性相似性，相分离动力学差异的程度仍然不清楚。在这里，我们表明，不均匀的化学反应可以改变成核动力学的液-液相分离的方式，是与经典的成核理论相一致，但只能通过引入非平衡界面张力合理化。我们确定的条件下，可以加速成核，而不改变的能量或过饱和，从而打破了快速成核和强驱动力，这是典型的相分离和自组装在热平衡之间的相关性。
2023-03-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometric Dissipation Constraints in Stochastic Reaction Dynamics: A Variational Observable for Hidden Kinetic Structure in Energy Landscapes
提出一个几何框架，通过变分泛函推导出局部耗散-几何耦合可观测量，用于表征随机反应动力学中隐藏的动力学约束，并通过数值实验证明其能区分传统自由能分析无法区分的反应通道。
2026-06-08 cond-mat.stat-mech
Barrierless reaction kinetics : Inertial effect on different distribution functions of relevant Brownian functionals
我们调查的影响，惰性的解决方案中的无势垒电子反应的建议和检查不同的概率分布函数（PDF）的相关布朗泛函的寿命和反应的过程。在欠阻尼区，溶液中的无活化电子反应可以用带惯性项的自由布朗运动来模拟。在这种情况下，我们提出了几个重要的分布函数，可以表征反应动力学。布朗泛函在各个领域都有着广阔的应用前景，但其研究大多局限于过阻尼情形。据我们所知，我们第一次尝试将非常重要的惯性效应的研究与布朗泛函的欠阻尼布朗运动与时间相关的漂移和扩散系数使用著名的向后Fokker-Planck和路径分解方法。我们探讨了不同PDF的非平凡标度行为，并明确计算了临界指数与时间的渐近极限。
2017-01-12 cond-mat.stat-mech
Interfacial Reactions: Mixed Order Kinetics and Segregation Effects
我们研究了在分离A和B块体的固定界面上的A-B反应动力学。最初，反应数${\cal R}_t \sim t n_A^\infty n_B^\infty$在远场密度$n_A^\infty,n_B^\infty$中是2阶。一级动力学，由稀释体的扩散控制，在长时间开始：${\cal R}_t\approx x_t n_A^\infty$其中$x_t\sim t^{1/z}$是rms分子位移。在临界尺寸$d<d_c=z-1$以下，平均场论是无效的：一个新的区域出现，${\cal R}_t\sim x_t^{d+1} n_A^\infty n_B^\infty$，长时间的A-B偏析（类似于本体$A+B\gt\emptyset$）导致界面密度的异常衰减。对$z=2$的数值模拟支持了理论。
1999-11-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kinetics of Diffusion-Limited Reactions with Biased Diffusion in Percolating to Compact Substrates
通过蒙特卡罗模拟，研究了正方形晶格上的两组元扩散限制反应模型的动力学，该模型中的两组元具有相同的排除体积相互作用.我们研究的时间演化的浓度的单粒子物种的各种值的基板占有率，0.5927460，0.61，0.63，0.65，0.7，0.8，和1，其中第一个值对应于的正方形晶格的扩散概率。我们表明，在扩散限制的反应制度，动力学强烈依赖于沿一个特定的正方形晶格方向的偏置的存在下，代表驱动场的净效应。我们能够解释缓慢的动态在高值的驱动场方面的\emph{traps}出现在稀释的基板，特别是在渗滤阈值。
2004-05-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Kinetic Theory and Hydrodynamics of Dense, Reacting Fluids far from Equilibrium
本文发展了硬球流体在传质过程中发生吸热和/或放热反应的动力学理论。导出了浓度、密度、速度和温度的精确平衡方程。Enskog近似进行了讨论，并作为基础的推导，通过查普曼-Enskog程序，的Navier-Stokes反应方程的各种假设下的化学反应的速度。结果表明，由反应扩散方程与对流耦合的纳维-斯托克斯方程的唯象描述是有限的适用性。
2003-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Anomalous Kinetics of a Multi-Species Reaction-Diffusion System: Effect of Random Velocity Fluctuations
本文利用场论微扰重整化群方法，在临界维度 $d_c = 2$ 及以下研究了由随机 Navier-Stokes 方程产生的随机速度涨落对特定多物种反应-扩散系统动力学的影响。
2023-10-23 cond-mat.stat-mech
Absence of kinetic effects in reaction-diffusion processes in scale-free networks
我们证明了A+A->0和A+B->0模型系统在无标度网络上进行的化学反应与正常空间中的相同反应相比表现出截然不同的行为。表征密度演化作为时间的函数的指数显著高于1，这意味着两种反应都以快得多的速率发生。这是由于这样的事实，即耗尽区（A+A）的产生和反应物（A+B）的分离的识别效应根本不像在正常空间中那样发生。相反，我们观察到A（A+A反应）和混合A和B（A+B反应）的网络枢纽周围的集群的形成。只有在非常稀疏的网络的限制下，通常的行为才能恢复。
2004-02-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Mathematical Formalism of Nonequilibrium Thermodynamics for Nonlinear Chemical Reaction Systems with General Rate Law
本文研究了具有$N$组分、$M$反应和一般速率定律的化学反应模型的非平衡热力学数学形式。建立了J. W.吉布斯宏观化学热力学在G. n.路易斯整体平衡动力学定律（非线性化学动力学中的细致平衡）。这样，平衡态热力学就自然地推广到没有细致平衡的非平衡态。动力学模型用马尔可夫跳跃过程表示。主要发现是广义宏观化学自由能函数及其相应的非负源汇平衡方程。证明是基于这种类型的马尔可夫过程的大偏差原理。本文还证明了随机反应动力学的一般涨落耗散定理。数学理论说明了如何在多尺度系统中从介观动力学中产生新的宏观动力学规律。
2016-09-25 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
A Note on the Kinetics of Diffusion-mediated Reactions
扩散介导的双分子反应$A+B\rightarrow P$的流行方案是Briggs和Haldham针对酶作用提出的方案的修改[{ \em Biochem J.\/}，19：338- 339，1925]。本注释的目的是解释，{ \em通过使用一个不涉及数学的论证\/}，为什么相遇复合体的分裂不能用一阶过程$\{AB\}\rightarrow A+B$来描述，除非在特殊情况下。简而言之，这样的描述忽略了重新相遇的发生，这是诺伊斯扩散介导反应理论的核心。只有当$α$（每次相遇的反应概率）比1（活化控制反应）小得多，或者当$β$（再相遇概率）可以忽略不计（就像气相反应中发生的那样）时，关系式$k=αk_{\mbox{\scriptsize e}}$才有效。参考一些作品（作者和他的合作者）提出了正确的方法来寻找$k$也提供。
2014-11-09 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Geometry-controlled kinetics
长期以来人们已经认识到，传输特性可以控制反应动力学。这种效应可以通过扩散分子到达目标所需的时间来表征-首次通过时间（FPT）。尽管在所有时间尺度上量化反应动力学至关重要，但确定FPT分布被认为是迄今为止棘手的。在这里，我们计算分析FPT分布，并表明，运输过程的各种定期扩散，异常扩散，扩散在无序介质和分形属于相同的普适性类。除了这个理论方面，这一结果改变了对标准反应动力学的看法。更确切地说，我们认为，几何形状可以成为一个关键参数，迄今为止忽略了在这方面，并介绍了“几何控制动力学”的概念。这些发现可以帮助理解基因的空间组织在转录动力学中的关键作用，以及更普遍的几何形状对扩散限制反应的影响。
2010-06-17 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Reaction kinetics in the few-encounter limit
化学反应的经典理论可以理解为扩散势垒穿越，其中反应速率由穿越自由能势垒的平均首次通过时间（FPT）的倒数决定。每当几个反应事件足以触发响应或能垒不高时，单独的平均首次通过时间不足以表征动力学，即，动力学不是在单一时间尺度上发生的。相反，需要FPT的完整统计数据。我们提出了一个频谱表示的FPT统计，使我们能够理解和准确地确定FPT分布在几个数量级的时间。一个典型的缩小的第一次通过密度显示出现时，几个分子都在寻找同一个目标，这被称为“很少遇到的限制”。在所有情况下，很少遇到的限制都是必不可少的，在这种情况下，第一次遇到就已经触发了反应，例如错误折叠触发的蛋白质聚集或蛋白质转录调控。
2019-11-21 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
A toy model solved by statistical mechanics for teaching reaction kinetics beyond ideality
本文提出一个可由学生用统计力学求解的玩具模型，通过考察含不同相互作用的平衡交换反应，说明非理想体系反应速率无法由活度系数等热力学量普遍推出。
2025-01-17 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
SGOOP-d: Estimating kinetic distances and reaction coordinate dimensionality for rare event systems from biased/unbiased simulations
了解动力学，包括反应途径和相关的过渡率是一个重要而困难的问题，在许多化学和生物系统，特别是在多个竞争途径的情况下。当这些高维系统被投影到低维坐标上时，通常需要增强采样或解释模拟和实验，最终可能会失去底层高维景观的动力学连通性。因此，在低维投影中，亚稳态可能看起来比实际更近或更远。为了解决这个问题，在这项工作中，我们开发了一种形式主义，学习一个多维但最低限度复杂的反应坐标（RC）的通用高维系统。当沿着这个RC投影时，所有可能的动力学相关路径都可以被划分，并且保持真正的高维连通性。我们的方法的定义属性之一在于，它可以工作在长期无偏模拟以及偏模拟经常需要罕见的事件系统。我们通过研究包括小肽Ace-Ala $_3$ -Nme中的构象转变在内的一系列模型系统来证明该方法的实用性，其中我们展示了如何通过我们先前发表的光谱间隙优化方法“SGOP”[P. Tivary和B. J. Berne，Proc. Natl. Acad. Sci. 113，2839（2016）]可以分别捕获28个主要状态到状态转变中的23个和所有28个的动力学。
2021-09-21 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Efficient kinetic Monte Carlo method for reaction-diffusion processes with spatially varying annihilation rates
我们提出了一种有效的蒙特卡罗方法来模拟反应扩散过程与空间变化的粒子湮灭或转化率，因为它发生在例如在马达驱动的细胞内运输的背景下。像格林函数反应动力学和首次通过时间的方法，我们的算法避免了小的扩散跳传播足够远的粒子在大的跳跃到保护域的边界。由于空间变化的湮灭或变换率的单粒子扩散传播是不知道的分析，我们提出了一种算法，有效地产生粒子位移或湮灭与正确的统计，我们严格证明。数值算例表明了该算法的有效性。
2012-06-11 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Diffusion-controlled reactions with non-Markovian binding/unbinding kinetics
本文结合更新理论与基于相遇的方法，建立非马尔可夫结合/解离下的可逆扩散控制反应理论，给出传播子、浓度和通量的谱展开及长时间行为。
2023-10-02 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Universal fragmentation in annihilation reactions with constrained kinetics
本文构建了单粒子运动保持质心守恒的受约束反应扩散模型，发现其不趋于空态而是普适地冻结于碎化的粒子簇状态，为一维晶格碎裂提供了最小模型及精确的最终密度结果。
2024-09-25 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech nlin.CG
Two-scale large deviations for chemical reaction kinetics through second quantization path integral
受系统生物学中一类典型遗传开关模型中稀有事件研究的启发，本文建立了化学反应系统的一般双尺度大偏差。我们建立了一个正式的方法来明确获得的大偏差率泛函的基础上考虑两个尺度过程的二次量化路径积分技术。当两个时间尺度处于三种不同的区域时，我们得到了三种重要的大偏差结果。这是通过对由路径积分得到的速率泛函进行奇异摄动分析来实现的。我们发现，这三个政权具有相同的确定性平均场的限制，但完全不同的化学朗之万近似。所得结果是经典化学反应大体积极限的自然推广。我们还讨论了它对单分子Michaelis-Menten动力学的影响。我们的框架和结果可以应用于理解一般的多尺度系统，包括扩散过程。
2016-04-02 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
