Trapping of active Brownian and run-and-tumble particles: a first-passage time approach
我们采用首次通过时间方法研究了活性粒子与平坦边界碰撞所引起的捕获时间的统计特性。精确计算了活跃布朗粒子和翻滚粒子的角首次通过时间分布和平均首次通过时间，并对结果进行了比较。理论预测与Langevin模拟非常一致。我们的研究结果进一步阐明了具有不同动力学的活性粒子在本体中可能是等效的，但在边界或障碍物附近表现不同。
2022-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effective run-and-tumble dynamics of bacteria baths
{ \it E.大肠杆菌以直线运动的方式游动，并被称为翻滚的突然重新定向事件所打断。由此产生的随机行走引起的密度波动，可以推导出分析的限制非相互作用的粒子或相当的非常低的浓度。然而，在实际感兴趣的情况下，细菌的浓度总是足够大，使相互作用成为一个重要因素。利用分子动力学模拟，我们研究了模型菌浴的动态结构因子的密度值增加。我们表明，它是可能的，在系统中使用一个自由运行和翻滚模型与有效的拟合参数再现密度波动的动态。我们讨论这些参数的依赖性，例如，翻滚速率、翻滚时间和自推进速度对浴的密度的影响。
2013-07-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Run-and-Tumble Dynamics of Self-Propelled Particles in Confinement
奔跑翻滚动力学是一种广泛存在的游动细菌机制。在二维和三维空间低密度极限条件下，从理论上和数值上研究了不透水表面附近翻滚运动的微型游泳者的积累。单峰和指数分布的运行长度被认为是。与{指数分布的游程长度}相反，恒定的游程长度导致表面附近颗粒的密度分布中的{峰值和耗尽区域}。最后，我们提出了一个普遍的积累规律，为大通道宽度，这不仅适用于运行和翻滚的游泳者，但也适用于许多其他类型的自推进粒子。
2015-03-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Long time behavior of run-and-tumble particles in two dimensions
本文研究了二维运行翻滚粒子（RTP）的位置分布的长时间渐近行为，证明了RTP在某一时刻的分布$t$可以表示为$(γt)^{-1}$中的微扰级数，其中$γ^{-1}$是RTP的持续时间.我们表明，高阶修正的领先阶高斯分布一般满足非齐次扩散方程的源项依赖于前一阶的解决方案。非齐次方程的显式解需要位置矩，我们开发了一个递归的形式主义来计算相同的。
2023-03-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimal run-and-tumble in slit-like confinement
该研究针对狭缝约束下平行边界的输运研究不足的问题，提出可解的离散方向奔跑-翻滚模型得到精确扩散系数，经模拟验证可近似连续方向情况，并找出扩散最大化条件及细菌最优奔跑长度规律。
2024-04-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hard core run and tumble particles on a one dimensional lattice
本文研究了具有周期边界条件的一维晶格上硬核粒子群的大尺度行为。每个粒子都有一个方向的持续运动，这由相关的自旋变量决定，直到自旋方向反转。我们映射的运行和翻滚模型的质量传递模型与波动定向债券。我们计算的稳态单网站的质量分布在质量模型内的平均场近似较大的自旋翻转率，并通过分析一个适当的聚结碎裂模型小自旋翻转率。我们还计算了流体动力学系数的扩散率和电导率为大和小自旋翻转率，并表明，爱因斯坦关系是违反这两个制度。我们还展示了如何非梯度性质的过程中，可以考虑在一个系统的方式来计算的水动力系数。
2020-10-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Statistical Mechanics of Interacting Run-and-Tumble Bacteria
我们认为自推进粒子经历运行和翻滚动力学（如E。大肠杆菌）。基于以前的分析在漂移扩散水平的单粒子密度，我们添加了相互作用和噪音，使讨论域形成的“自陷”，和其他集体现象。在某些情况下，可以映射到详细平衡系统。
2008-08-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.OT
Run-and-tumble particles in speckle fields
由散斑场产生的随机能量景观可以用来用单个激光束约束和操纵大量的微观粒子。通过分子动力学模拟，我们研究了嵌入散斑图的游动细菌活性悬浮液的静态和动态特性。看着密度波动和平衡密度分布的相关性，我们观察到的交叉现象时，由斑点施加的力等于细菌的推进。
2014-06-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble particles in slit geometry as a splitting probability problem
针对高维下两壁限制的跑动-翻滚粒子缺乏满意解析分析的问题，本研究将其重新诠释为分裂概率问题，转化为积分方程求解，提供新分析思路与有用结果。
2024-10-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic theory of soft run-and-tumble particles
King’s College London（伦敦国王学院）；University of Cambridge（剑桥大学）；Imperial College London（帝国理工学院）
研究软游动-翻转粒子在强排斥和大自推力下的有效相互作用，通过微正则展开计算顶点并分析稳态特性。
2026-05-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Run-and-Tumble Particles Learning Chemotaxis
研究通过机器学习方法，探讨了具备时间比较能力的奔跑-翻滚粒子在趋化运动中更高效地定位目标的能力。
2025-07-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Exact moments for a run and tumble particle in a harmonic trap with a finite tumble time
该研究通过直接积分运动方程分析谐振势阱中有限翻滚时间的跑-翻滚粒子问题，推导一维稳态分布、图规则和Volterra差分方程以计算任意维度矩，并结合高斯求积和标度律由矩推断分布。
2025-04-16 cond-mat.stat-mech
Exact position distribution of a harmonically-confined run-and-tumble particle in two dimensions
我们考虑一个过阻尼的二维滚转粒子，在一个方向上自推进，随机以恒定的速率旋转90度，顺时针或逆时针的概率相等。此外，粒子被刚性的外部谐波势$μ$限制，并且可能扩散。我们发现粒子的位置的确切的时间依赖性分布$P\left(x,y,t\right)$，特别是，稳态分布$P_{\text{st}}\left(x,y\right)$，达到在长时间限制。我们还发现$P\left(x,y,t\right)$为“自由”粒子，$μ=0$。我们实现这一点，表明，在适当的坐标变化，问题分解成两个独立的一维问题，其精确解最近已经获得。然后，我们扩展这些结果在几个方向上，两个这样的运行和翻滚粒子与谐波相互作用，类似的三维或更高的系统，并允许随机重置。
2022-11-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble motion: field theory and entropy production
滚动运动是主动运动的一个例子，其中粒子以恒定的速度移动，并在随机时间改变方向。本文用路径积分方法研究一维调和势中的带扩散的滚转运动。我们导出了Doi-Peliti场论，并利用它计算了熵产生和其他观测量的封闭形式。我们所有的结果都是准确的。
2020-12-04 cond-mat.stat-mech
Shortcut engineering of active matter: run-and-tumble particles
本文将捷径工程方法拓展至 run-and-tumble 粒子，给出谐振子势中一维系统的快速控制通用解，并通过数值模拟证明其相比淬火方案能显著加速，为活性物质控制提供了新工具。
2023-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Universal survival probability for a $d$-dimensional run-and-tumble particle
我们考虑一个活跃的运行和翻滚粒子（RTP）在$d$维和精确计算的概率$S(t)$，$x$ -分量的RTP的位置不改变签署的时间$t$。当扰动以恒定速率发生时，我们证明了对于任何有限时间$t$（而不仅仅是大的$t$），$S(t)$是独立于$d$的，这是一维离散时间随机游动的著名的Sparre Andersen定理的结果。此外，我们表明，这一普遍的结果适用于更广泛的一类RTP模型，其中的速度$v$的粒子后，每次翻滚是随机的，从一个任意的概率分布。因此，我们进一步证明了RTP问题中记录统计的普遍性。
2020-01-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble oscillator: moment analysis of stationary distributions
本文研究三维谐振子势阱中跑动-翻滚模型的稳态分布，推导出生成稳态分布矩的递推关系，并利用傅里叶-拉格朗日展开重构稳态分布，解决了三维情形下稳态分布未知且非贝塔函数形式的问题。
2023-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A one-dimensional three-state run-and-tumble model with a `cell cycle'
我们研究了一个一维的三态运行和翻滚模型的动机的细菌Caulobacter crescentus，它显示了两个非增殖流动相和增殖静止相之间的细胞周期。我们的模型实现了两个移动和一个久坐不动的状态之间的动力学转换，它们的数量密度，其中流动性是允许不同的运行速度在向前和向后的方向。我们首先分析系统的稳态，并计算所有细胞分布的平均值和平方位移，以及沉降细胞的数量密度。后者在早期表现出令人惊讶的超弹道标度~t^3。包括移动细胞群和固定细胞之间的排斥和吸引相互作用，我们探索了系统的稳定性，然后采用数值方法研究完全非线性系统中的结构形成。我们发现细菌的行波，其发生在非平衡态图中被量化。
2022-09-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble particles with hydrodynamics: sedimentation, trapping and upstream swimming
我们模拟格子玻尔兹曼的运行和翻滚粒子（灵感来自细菌的极小模型）的非平衡稳态，相互作用的远场流体力学，受到限制。在重力作用下，流体动力学相互作用几乎不会干扰没有它们的稳定状态，但对于谐波陷阱中的粒子，如果运行长度大于限制长度，则这种状态会发生很大变化：形成自组装泵。同样限制在一个狭窄的通道中的颗粒显示了普瓦维尔流中的通用上游通量：不需要手性游泳。
2010-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.OT
Optimal search strategies of run-and-tumble walks
在运行和翻滚的步行，包括在随机重新定向的弹道偏移，模型的现象，从气体动力学细菌运动。我们评估的平均时间需要这个行走找到一个固定的目标在一个2D或3D的球形限制。我们发现，平均搜索时间承认一个最小的平均运行时间为各种类型的边界条件和运行时间分布（指数，幂律，确定性）的函数。我们的结果与纯弹道运动形成鲜明对比，这被预测为泊松分布目标情况下的最佳搜索策略。
2016-07-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Site-percolation transition of run-and-tumble particles
研究了二维方格上奔走与翻滚粒子的再入式座渗流相变，发现其临界指数沿临界线连续变化但标度函数与Ising模型一致，且底层相分离相变临界指数与渗流临界指数存在常数乘数关联。
2024-12-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Inertial Dynamics of Run-and-Tumble Particle
本研究针对直线上的惯性跑动-翻滚粒子，揭示其惯性与活性两个内禀时间尺度的相互作用会形成四种动力学区域，解析计算了对应区域的位置分布、大偏差函数及持续指数，且结果得到数值模拟支持。
2024-11-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transition-path sampling for Run-and-Tumble particles
本文针对Run-and-Tumble活性粒子非平衡系统，提出通过构造合理反向动力学来推广过渡路径采样算法，并用于研究粒子穿越势垒的稀有过渡路径的结构与动力学。
2024-11-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Transient anomalous diffusion in run-and-tumble dynamics
研究了具有两种不同运动状态的粒子的随机动力学。每一个由两个参数表征：一个代表平均速率，另一个代表量化保持当前运动方向的趋势的持久性。我们考虑一个运行和翻滚的过程，这是一个积极的快速运动模式（持续运动）和被动的缓慢模式（扩散）的组合。假设两个运动状态之间的随机过渡，我们推导出的均方位移的时间演化的解析表达式。的关键参数和初始条件的相互作用，例如，最初开始在运行或翻滚状态的概率导致各种瞬态制度的异常运输在不同的时间尺度上接近渐近扩散动力学。我们估计的交叉时间的长期扩散制度，并证明了渐近扩散常数是独立的最初开始在运行或翻滚状态。
2021-07-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Thermodynamic uncertainty for run-and-tumble type processes
热力学不确定性关系已经成为非平衡系统中电流波动的普遍界限。在这里，我们推导出一个新的边界的一类特殊的运行和翻滚型过程使用的数学框架的更新奖励理论，可以适用于马尔可夫和非马尔可夫系统。我们展示了选定的单粒子模型的结果，以及一个变种的不对称简单的排斥过程与集体翻滚。我们的边界是一个广泛的参数制度相对较紧，只需要知识的统计运行长度和平均熵产生率的翻滚。
2019-05-21 cond-mat.stat-mech
Run-and-Tumble particles in Two-dimensions under Stochastic Resetting
我们研究了随机重置对两个空间维度上的运行和翻滚粒子（RTP）的影响。我们考虑一个复位协议，影响RTP的位置和方向：与一个恒定的速率的粒子经历了一个位置复位到一个固定的点在空间和方向随机化。我们计算的径向和$x$ -边缘的定态分布，并表明，而前者接近一个恒定的值为$r \to 0$，后者发散数学$x \to 0$。另一方面，两个边际分布在远离原点的地方以相同的指数指数衰减。我们还研究了RTP的时间弛豫，并表明位置分布经历了一个动态的过渡到一个稳定的状态。我们还研究了在重置的存在下RTP的首次通过特性，并表明重置率的优化可以最小化平均首次通过时间。我们还简要讨论了定向复位到初始位置的定态。
2020-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Chiral run-and-tumble walker: transport and optimizing search
该研究针对二维非马尔可夫手性奔跑-翻滚粒子，分析其输运与首次通过特性，发现手性可增强扩散并促成轨迹成环，且存在最优翻滚偏置能最小化平均搜索时间，为理解生命系统非平衡搜索机制提供依据。
2022-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Exact stationary state of a run-and-tumble particle with three internal states in a harmonic trap
本文研究了具有三个离散内态的一维自由落体粒子在刚性简谐势阱$μ.$中的运动。三个内态分别对应于正、负和零速度，它们的演化遵循一个速率为$γ$的跳跃过程。我们精确计算了任意值的$μ$和$γ$的驻点分布，结果证明它们在实数线上有一个有限支撑。我们表明，分布经历了形状的转变，作为$β=γ/μ$是改变。对于$β<1,$的分布有一个双凹的形状，并显示代数发散与指数$(β-1)$在原点和边界。对于$β>1,$，位置分布变成凸的，在边界处消失，并且在原点处具有单个有限的峰。我们还表明，对于特殊的情况下，$β=1,$的分布示出了一个对数发散的原点附近，而饱和到一个恒定的值在边界处。
2019-10-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble motion with step-like responses to a stochastic input
我们研究了一个简单的运行和翻滚的随机行走，其切换频率从运行模式到翻滚模式和反向依赖于一个随机信号。我们考虑一个特别尖锐的，阶梯状的相关性，其中运行到翻滚切换概率从零跳到一个特定的值（如y_1）从下面的信号。类似地，当信号从上方穿过另一个值（y_2 < y_1）时，翻滚到运行切换概率也显示出这样的跳跃。我们感兴趣的是表征信号噪声对随机行走的长时间行为的影响。我们考虑两种不同的随机信号的时间演化。在一种情况下，信号动力学是一个独立的随机过程，并不依赖于运行和翻滚运动。在这种情况下，我们可以分析计算的平均值和完整的分布函数的运行时间和翻滚时间。在第二种情况下，我们假设信号的动态是由随机步行者的空间位置的影响。对于这个系统，我们数值测量的随机步行者的稳态位置分布。我们讨论了我们的系统和大肠杆菌趋化性之间的一些相似性和差异，这是自然界中遇到的另一个众所周知的运行和翻滚运动。
2019-01-04 cond-mat.stat-mech q-bio.CB
A run-and-tumble particle around a spherical obstacle: steady-state distribution far-from-equilibrium
研究跑-停粒子在硬球形障碍物周围的稳态分布，发现活动诱导吸引导致表面delta峰和近障碍物密度代数发散，并给出高持久性粒子的完整分布函数表达式。
2023-08-31 cond-mat.stat-mech
Pushing run-and-tumble particles through a rugged channel
我们分析的情况下，运行和翻滚粒子推动通过一个崎岖的通道，在连续和晶格。电流特性在外场中是非单调的：（1）对于非对称障碍物，即使在零场下也会出现电流和非平凡密度分布;（2）在小场下电流随持续性而减小，在大场下随持续性而增大。自我推进方面的活动增加了最大电流并推迟了死亡。我们给出了一个有效的理论描述与更广泛的有效性。
2020-10-30 cond-mat.stat-mech
Spinning Living Crystals of Run-and-Tumble Particles with Environmental Feedback
University College London（伦敦大学学院）；Universidade de Lisboa（里斯本大学）
研究揭示了活性物质中集体旋转的新机制，动态环境通过反馈协调非手性活性粒子自组织形成持续集体固态旋转的活晶体，且粒子长持续时间运动导致不同于传统扩散的动态特性。
2026-04-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Current fluctuations in non-interacting run-and-tumble particles in one-dimension
我们提出了一个一般的框架来研究通过原点的流量的分布时间$t$，在一个非相互作用的一维质点系与一个步骤的初始条件与一个固定的粒子密度$ρ$的左边的起源。我们主要集中在两种情况下：（i）当粒子进行扩散动力学（被动情况）和（ii）运行和翻滚动力学为每个粒子（主动情况）。与无序系统类似，我们考虑了退火和淬火初始条件下，被动和主动粒子的通量分布。在退火的情况下，我们表明，对于任意的粒子动力学，通量分布是一个泊松平均$μ(t)$，我们计算的格林函数的单粒子动力学。对于淬火的情况下，我们表明，对于运行和翻滚动力学，淬火通量分布在大的时间$P_{\rm qu}(Q,t) \sim \exp\left[-ρ\, v_0\, γ\, t^2 ψ_{\rm RTP}\left(\frac{Q}{ρv_0\,t} \right) \right]$，其中$γ$是翻滚率和$v_0$是两个连续的tumerals之间的弹道速度采取异常大偏差的形式。在本文中，我们计算率函数$ψ_{\rm RTP}(q)$，并证明它是非平凡的。我们的方法还提供了在时间$t$，原点右侧没有粒子的罕见事件的概率。对于扩散和运行和翻滚动力学，我们发现，这种概率随时间衰减的拉伸指数，$\sim \exp(-c\, \sqrt{t})$的常数$c$可以精确计算。我们验证我们的结果，这些大的偏差，使用重要性抽样蒙特卡罗方法。
2020-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble bacteria slowly approaching the diffusive regime
运行和翻滚（RT）的动力学细菌游泳者首先引起的弹道运动，由于他们的持久性，后来，通过连续的翻滚，扩散过程。在这里，我们调查需要多长时间的稀释游泳悬浮液达到扩散制度，以及什么是从扩散动力学的偏差的幅度。均方位移（MSD）的线性时间依赖性不足以表征扩散，因此我们还关注位移分布的过度峰度。四个游泳策略被认为是：（i）传统的RT模型与完整的重定向后翻滚，（ii）的情况下，部分重定向，其特征在于由分布的翻滚角，（iii）运行和反向模型与旋转扩散，和（iv）RT颗粒的翻滚率取决于随机浓度的内部蛋白质。通过分析相关的动力学方程的概率密度函数和模拟的模型，我们发现，对于模型（ii），（iii）和（iv）的放松扩散可能需要更长的时间比翻滚事件之间的平均时间，证明存在大尾巴的粒子位移。此外，超额峰度可以呈现大的正值。在模型（ii）中，对于某些翻滚角的分布，MSD可能达到线性时间依赖性，但仍然，动态在很长一段时间内保持非高斯。这也是在模型（iii）的情况下，小旋转扩散。对于所有的模型，长时间的扩散系数也得到了。的理论方法，它依赖于特征值和角度的van Hove函数的傅立叶展开，是在很好的协议与模拟。
2020-06-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergent Run-and-Tumble Behavior in a Simple Model of Chlamydomonas with Intrinsic Noise
最近对绿色披衣菌的实验表明，它利用一对鞭毛的同步跳动来游泳，它表现出与细菌（如大肠杆菌）相似的奔跑和翻滚行为。杆菌使用一个简单的纯流体动力学模型，结合中风周期和固有的高斯白噪声，我们表明，随机运行和翻滚行为可能会出现，由于非线性的组合同步旋转平移动力学。这表明了一种有趣的可能性，即细菌可能利用非线性力学来控制其行为，而不是细菌使用的复杂的生化电路。
2012-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Exact Solution of Two Interacting Run-and-Tumble Random Walkers with Finite Tumble Duration
我们研究了一个具有周期性边界条件的一维格点上的相互作用的运行和翻滚的随机游走模型。我们将一个有限的，泊松分布，翻滚的持续时间，使粒子保持静止，而翻滚，从而概括了持久的随机沃克模型。我们给出了两个随机行走系统的非平衡定态的精确解。我们发现这是由两个长度尺度，一个是由接近粒子的干扰引起的，另一个是由一个粒子移动时，另一个是翻滚。第一个这些lengthscales消失在一个缩放限制的连续空间动态恢复，而第二个仍然有限。因此，非平衡定态揭示了一个丰富的结构的吸引力，堵塞和延伸的碎片。
2017-05-13 cond-mat.stat-mech nlin.SI
Gap statistics of two interacting run and tumble particles in one dimension
我们研究了一对相互作用的运行和翻滚粒子（RTPs）之间的分离（间隙）在一个维度上移动的存在下，额外的热噪声的动力学。在环形几何上，间隙的分布接近于稳态。我们分析计算这个分布，并发现这是指数本地化的空间，在对比的“堵塞”的配置，看到前面在没有热噪声。我们还研究了松弛，这是一个指数，其特征在于由一个时间尺度$τ_r$。我们观察到，这个时间尺度经历了一个交叉从一个大小无关的值的大小依赖的形式与环的大小$l$。研究了演化算子$\mathcal{L}$的全特征值谱，发现根据$\mathcal{L}$的对称性，全特征值谱可分为四个扇区.对于大的$l$，我们发现明确的表达式在每个部门的低躺本征值。在无限长直线上，分离没有达到稳定状态。在较长的时间里，我们发现粒子的行为类似于相互作用的布朗粒子，除了在小间距处的分布中存在一个峰，这是活性的残余。
2020-01-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Brownian Particles and Run-and-Tumble Particles: a Comparative Study
活性布朗粒子（ABP）和滚转粒子（RTP）都以固定速度$v$沿着体轴${\bf u}$自推进，该体轴通过缓慢角扩散（ABP）或突然完全随机化（RTP）重新定向。我们在微观和宏观尺度上比较了这两个模型系统的物理特性。使用精确的结果，他们的稳态分布在外部电位的存在下，我们表明，他们都承认相同的有效平衡制度扰动，打破了较强的外部电位，在模型依赖的方式。在碰撞排斥的情况下，这种粒子在高密度下会减速：它们的推进力不变，但它们沿${\bf u}$的平均速率变为$v(ρ) < v$。于是，一个富有成效的方法是构造一个平均场描述，其中粒子是幽灵状的，没有碰撞，但以可变的速度$v$游动，该速度是密度$ρ$的显函数或泛函。我们给出的数值证据表明，最近所示的等价的波动流体动力学的ABPs和RTPs在这种情况下，我们在这里详细介绍，延伸到微观模型的ABPs和RTPs相互作用的排斥力。
2015-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Moment analysis of two-dimensional active Brownian run-and-tumble particles
本研究针对二维活性布朗翻滚粒子模型，采用Kac首创的运动方程直接积分法，得到含时模型拉普拉斯变换的精确矩，还借助切比雪夫多项式估计分布矩，结果与实验高度吻合，且该模型可在特定极限下退化为两种经典活性粒子模型。
2025-10-02 cond-mat.stat-mech
Field Theory of Free Run and Tumble Particles in d Dimensions
本文用Doi-Peliti场论描述任意维自由粒子和Tumble粒子的运动。在推导出作用量和传播子后，在此框架下计算了平稳时的均方位移和相应的熵产生。为了比较，我们进一步推导了二维自由活动布朗粒子的场论。
2021-06-11 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
A Computational Model for Bacterial Run-and-Tumble Motion
在我们的文章中，我们提出了一个计算模型的模拟自推进各向异性细菌。为此，我们使用一个自推进的粒子模型，并增加它与运行和翻滚运动的统计算法。我们推导出一个用于细菌重定向分布的方程，用于分析随机游走的统计数据，并使我们能够根据大肠杆菌的特征调整模型的行为。我们验证了我们的实现在一个单一的游泳者，并证明我们的模型是能够再现大肠杆菌的运行和翻滚运动具有很好的精度。
2019-05-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Run-and-tumble in a crowded environment: persistent exclusion process for swimmers
拥挤的运行和翻滚的游泳者，如细菌的动力学的效果进行了研究，使用一个离散的格子模型的相互排斥的粒子，以恒定的速度沿着一个方向，是随机的速率$α$。在静止状态下，发现系统分裂成密集的团簇，其中粒子被捕获或停止移动。这些簇的特征尺寸在1D和2D中主要按$α^{-0.5}$缩放。对于一系列的密度，由于合作效应，停止时间尺度为${\cal T}_{1d}^{0.85}$和${\cal T}_{2d}^{0.8}$，其中${\cal T}_d$是与集群边界的运动相关联的扩散时间。我们的研究结果可能有助于了解生物膜形成的早期阶段。
2013-12-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Effect of reorientation statistics on torque response of self propelled particles
我们考虑的动力学的自推进粒子受到外部扭矩。两种模型的自推进的重定向被认为是，运行和翻滚粒子，和主动布朗粒子。使用非平衡统计力学的标准工具，我们表明，运行和翻滚粒子有一个更强大的响应扭矩。这种基本的重取向统计的宏观特征可以用来区分两种类型的自推进粒子。此外，这一结果可能表明，奔跑和翻滚运动确实是细菌进化稳定的动力学。
2015-08-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confined run and tumble particles with non-Markovian tumbling statistics
针对外势下等待时间非指数分布导致的非马尔可夫一维奔跑—翻滚粒子，提出基于位置依赖有效翻滚率的高效数值方法，获得完整稳态分布并涵盖小τ大偏差区域。
2024-04-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
First passage of a run-and-tumble particle with exponentially-distributed tumble duration in the presence of a drift
Duke Kunshan University（杜克昆山大学）；University of Liverpool（利物浦大学）
研究了具有指数分布翻转时间的游动-翻转粒子在漂移作用下的首次通过问题，通过求解福克-普朗克方程得到了平均首次通过时间的显式解。
2026-01-30 cond-mat.stat-mech math.PR
Collective Transport for Active Matter Run and Tumble Disk Systems on a Traveling Wave Substrate
我们用数值方法研究了一组与行波基片相互作用的主动滚转盘的输运。我们发现，作为基板强度，波的速度，磁盘活动，和磁盘密度的函数，出现了各种动力学阶段，与磁盘的结构和净通量。我们发现，有一个尖锐的过渡到一个状态，其中磁盘只有部分耦合到基板，并形成一个相分离的集群状态。这种转变与净磁盘通量的下降有关，并且可以作为基底速度、最大基底力、磁盘运行时间和磁盘密度的函数发生。由于磁盘的活动参数的变化产生不同的磁盘漂移率为一个固定的行波速度在基板上，我们认为该系统可以作为一个有效的方法用于活性物质物种分离。在团簇相内，我们发现在某些区域团簇质心的运动方向与行波的方向相反，而当最大衬底力增加时，团簇的运动方向与行波的方向相反.这表明群集或集群运动可以作为一种方法，通过这种方法，一个主动系统可以集体移动，以对抗外部漂移。
2016-11-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffraction and interference with run-and-tumble particles
今天经常被认为是模拟细菌运动的奔跑翻滚粒子，自然也会出现在生物学背景之外，例如在电报过程中产生波。在这里，我们使用一个波函数来驱动它们的推进和翻滚。这样的量子运动实现了狄拉克电子的抖动运动（如著名的Zitterbewegung）：狄拉克电子是一个运行和翻滚的粒子，其中翻滚是在手性之间。我们可视化的轨迹衍射和双缝实验的电子。特别是，这产生了电子在屏幕上的到达时间统计。最后，我们观察到，远离纯粹的量子制导，具有合适的时空相关参数的运行和翻滚粒子也会产生干涉图样。
2022-02-18 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
The convex hull of the run-and-tumble particle in a plane
我们研究了一个平面的运行和翻滚粒子（RTP），也被称为“持久的随机行走”，其中粒子/步行者之间的翻滚事件，它随机改变其方向弹道运行的凸包的统计特性。我们考虑两个不同的统计集合，其中我们固定（i）肿瘤$n$的总数或（ii）时间间隔的总持续时间$t$。在这两种情况下，我们推导出精确的表达式的平均周长的凸包，然后比较数值估计找到很好的协议。此外，我们数值计算的完整分布的周长使用马尔可夫链蒙特卡罗技术，在这两个合奏，探测分布的远尾，精度小于$10^{-100}$。这也使我们能够描述导致这些分布尾部的罕见事件。
2019-12-18 cond-mat.stat-mech
Orthogonal run-and-tumble walks
考虑了运动方向正交的平面滚转行走问题。在制定的问题与一般的过渡概率之间的取向状态，我们专注于对称的情况下，给出的概率分布函数（在拉普拉斯-傅立叶域），均方位移和有效的扩散常数的过渡速率参数的一般表达式。作为案例研究，我们对待和讨论两类运动，交替/向前和各向同性/向后，获得，如果可能的话，在时空域中的概率分布函数的解析表达式。最后我们还讨论了循环运动的情况。减少（增强）的有效扩散率，相对于标准的2D主动运动，观察循环和向后（向前）的情况下。
2022-12-23 cond-mat.stat-mech
Non-Gaussian anomalous dynamics in systems of interacting run-and-tumble particles
标记的自由度的运动可以在复杂环境中的相互作用中提供重要的见解。我们研究了一个标记粒子在两个非平衡系统中的动力学，该系统由相互作用的运行和翻滚粒子组成。第一种是完全可解的聚合物模型，第二种是二维晶格模型，通过模拟研究。我们发现，在这两种情况下，一个标记的粒子表现出异常的动力学和非高斯行为的时间低于持续时间的运行和翻滚运动。对于稍后的时间，标记的单体的动力学变得扩散和高斯。在晶格模型中，非高斯性持续存在，并且对于中间密度，可以很好地近似拉普拉斯分布。我们将这种行为归因于标记粒子的动态变化环境，我们认为，这是观察高斯偏差的一个重要因素。
2019-09-12 cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble particles with preferred reorientation
Imperial College London（帝国理工学院）；Xiamen University（厦门大学）
本研究探究具有非均匀翻滚分布的奔跑翻滚粒子动力学，通过推导Doi-Peliti场论建立其与手性活性布朗粒子的映射，表征其空间与取向动力学，为相关研究奠定基础。
2026-08-25 cond-mat.stat-mech
Local entropy production rate of run-and-tumble particles
本文研究热浴中无相互作用跑动-翻滚粒子的局部熵产生率与熵流，证明稳态下二者相等且仅由分布函数及其空间导数决定，并通过光动细菌速度场和外力场案例验证解析结果与数值模拟的一致性。
2025-11-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
When are active Brownian particles and run-and-tumble particles equivalent? Consequences for motility-induced phase separation
活性布朗粒子（ABP，例如自泳胶体）以固定速度$v$沿着通过缓慢角扩散旋转的体轴${\bf u}$游动。滚动粒子（RTP，如能动细菌）以恒定的$\u$游动，直到随机滚动事件突然使方向去相关。我们发现，当运动参数依赖于密度$ρ$，但不依赖于${\bf u}$，粗粒度的波动相互作用的ABPs和RTPs的流体动力学可以映射到彼此，因此是严格等价的。在这两种情况下，即使在颗粒之间没有吸引力作用时，足够急剧减小的$v(ρ)$也会导致尺寸$d=2,3$的相分离。这指出了运动诱导的相分离在活性物质中的一般作用。然而，我们发现，ABP/RTP的等价性并不能自动扩展到更一般的情况下，$\u$依赖motilities。
2012-11-16 cond-mat.stat-mech
Phase transitions in persistent and run-and-tumble walks
我们计算的大偏差函数的端到端的距离和相应的扩展与力的关系（各向同性）随机行走，在和非晶格，有和没有持久性，在任何空间维度。对于具有持久性的非格点随机游动，大偏差函数在$d> 5$维上经历一阶相变。在相应的力-伸长关系中，超过临界值后，伸长变得与力无关。预计尺寸$d=4$和$d=5$会发生过渡，其中在施加的拉伸力的有限值下达到完全伸展。完整的分析细节在运行和翻滚极限中显示。最后，在晶格上的随机游动与持久性显示软化阶段的尺寸$d=3$和以上，通常的硬化出现超过临界值的力之前。
2019-03-20 cond-mat.stat-mech
