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
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
Mean area of the convex hull of a run and tumble particle in two dimensions
我们研究了二维空间中单个粒子的凸壳统计特性。奔跑翻滚粒子（Run-and-tumble particle），又称持续随机行走粒子（persistent random walker），由于其在模拟细菌运动中的生物学应用，近年来引起了人们极大的兴趣。我们考虑两种不同的统计系综，这取决于（i）翻滚的总数$n$或（ii）总观察时间$t$是否保持固定。以周长为基准，我们研究了RTP的凸包面积的统计特性。利用极值统计的连接，我们得到精确的分析表达式的平均面积为两个合奏。对于固定的$t$系综，我们证明了平均值在$γt$中具有标度形式（其中$γ$是翻滚率），并且精确地计算了相应的标度函数。有趣的是，我们发现，它表现出交叉从$\sim t^3$缩放小倍$\left( t \ll γ^{-1} \right)$ $\sim t$缩放大倍$\left( t \gg γ^{-1} \right)$。另一方面，对于固定的$n$系综，对于$n \gg 1$，平均值λ随着$n$线性增长。我们所有的分析结果都得到了数值模拟的支持。
2021-12-21 cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble particles in two-dimensions : Marginal position distributions
我们研究了一组运行和翻滚粒子（RTP）在两个空间维度的动力学。在第一种情况下，粒子的取向θ可以假定为一组n个可能的离散值，而在第二种情况下，θ是一个连续变量。我们精确地计算了n = 3，4和连续情况下的边缘位置分布，并表明在所有情况下，RTP显示出从弹道到扩散制度的交叉。弹道制度是一个典型的签名的积极性质的系统，其特征在于非平凡的位置分布，这取决于特定的模型。我们还表明，在长时间的活动的签名，可以发现在非典型的波动，我们也通过计算大偏差函数明确的特点。
2020-06-12 cond-mat.stat-mech
Microscopic thermal machines using run-and-tumble particles
在过去的二十年里，尺寸约为几百纳米的微型热机一直是深入研究的主题。最近，它已被证明，这种热机的效率可以提高通过使用活性奥恩斯坦-乌伦贝克粒子（AOUP）。在这项工作中，我们数值研究的行为，使用一个积极的运行和翻滚粒子（RTP）作为工作系统的微型发动机和冰箱。我们发现，发动机模式的结果与使用AOUP的发动机的结果形成鲜明对比，从而表明，活动的性质对非平衡循环的热机的定性行为有很强的影响。使用运行和翻滚粒子的发动机的效率被发现是一般小于被动的微观发动机。然而，当所应用的协议是时间反转的，所得到的微型冰箱可以在这些条件下具有高得多的性能系数。不同参数的性能系数的变化的影响进行了探讨。性能系数随主动力的变化呈非单调变化。
2021-12-02 cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble particles on a line with a fertile site
我们提出了一个模型的运行和翻滚粒子（RTPs）的线与肥沃的网站在原点。在通过可繁殖位点后，一个翻滚的粒子产生新的粒子，直到它翻转方向。新粒子的产生过程是由生育率函数（到可育位点的距离）乘以生育率来模拟的。如果初始条件对应于具有均匀概率密度的单个RTP，则系统是奇偶不变的。运动方程可以在拉普拉斯域中求解，根据原点处的右运动者的密度。在大的时候，这个密度被证明是指数增长的，其增长率只取决于生育率函数和生育率。此外，RTPs的总密度（除以在原点的右移者的密度），达到一个不依赖于初始条件的稳定状态，并提出了一个局部最小值在肥沃的网站。
2021-06-24 cond-mat.stat-mech
Optimal Ratchet Potentials for Run-and-Tumble particles
奔跑翻滚的颗粒，模仿微生物的行为，如E。大肠杆菌是活性物质的典型模型。由于自推进，它们的随机和无向运动可以在棘轮电势中得到纠正。利用微扰场论，我们确定了产生最大粒子流的势的形状作为粒子参数的函数。
2022-04-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimized Diffusion of Run-and-Tumble Particles in Crowded Environments
我们研究了自推进粒子在动态复杂环境中的输运。为了得到精确的结果，我们引入了一个模型的运行和翻滚粒子（RTPs）在离散时间的$d$维立方晶格扩散硬核障碍物的存在下。我们推导出一个显式的RTP的扩散率，这是精确的固定障碍物的低密度的限制。要做到这一点，我们介绍了一个推广的卡茨定理的平均返回时间的马尔可夫过程，我们希望是相关的一大类格子气问题。我们的研究结果表明，RTPs的扩散是非单调的翻滚概率足够低的障碍物的流动性。这些结果证明了RTPs在拥挤和无序环境中的运输优化的潜力，并应用于能动的人工和生物系统。
2018-07-11 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
Jamming and Attraction of Interacting Run-and-Tumble Random Walkers
我们研究了一个细菌动力学模型，其中两个相互作用的随机步行者在相互排斥的情况下在一维晶格上进行奔跑和翻滚运动，并找到了稳态下概率分布的精确表达式。这种静态分布具有丰富的结构，包括三个分量：堵塞分量，其中粒子相邻并彼此阻挡;吸引分量，其中粒子之间的距离的概率分布呈指数衰减;以及扩展分量，其中粒子之间的距离均匀分布。粒子之间的吸引力足够强，即使在有限系统恢复连续空间的极限下，两个步行者也会在有限的时间内处于拥挤的状态。我们的研究结果为从微观角度理解活性物质的运动诱导相分离特性提供了一条途径。
2016-05-06 cond-mat.stat-mech
Fluctuations of entropy production of a run-and-tumble particle
非平衡系统不断产生熵，其产生率是非平衡条件的指纹。在小尺度热噪声耗散系统中，熵产生的涨落是显著的。高阶矩、均值和方差已经得到了大量的研究，即使高阶矩对于充分表征感兴趣的系统可能很重要。在这里，我们介绍了一个图形的方法来计算任何时刻的熵产生的一般离散状态系统。然后，我们专注于活性粒子的范例模型，即，奔跑和翻滚动力学，类似于在几种微生物中观察到的运动。采用我们的框架，我们计算前三个累积量的熵产生的离散版本的这个模型。我们还比较了我们的分析结果与数值模拟。我们发现，随着状态数的增加，熵产生的分布偏离高斯分布。最后，我们将我们的框架扩展到一个连续的状态空间运行和翻滚模型，使用适当的缩放的过渡率。这里提出的方法可能有助于揭示任何电流的非平衡波动的生物系统中的平衡运行的功能。
2023-01-18 cond-mat.stat-mech
Run, Tumble and Paint
Imperial College London（帝国理工学院）
研究通过Doi-Peliti场论计算Run-and-Tumble粒子的状态依赖访问概率，揭示其在不同内部自由度下的行为特征，并与布朗运动结果进行比较。
2026-03-25 cond-mat.stat-mech
A comparison of dynamical fluctuations of biased diffusion and run-and-tumble dynamics in one dimension
我们比较的波动的速度和在一个给定的位置上花费的时间的分数为极小模型的一个被动和一个主动的粒子：一个不对称的随机步行者和一个运行和翻滚的粒子在连续的时间和一维晶格。我们计算率函数和有效的动态条件下，这些观测值的大偏差。虽然一般不同，对于一个独特的和非平凡的选择率（到时间的重新缩放）的速度率函数的两个模型变得相同，而有效的过程产生的波动仍然是不同的。这种等价性与过程生成元的谱的显著奇偶性相吻合。对于占据时间问题，我们证明了当平均速度在长时间极限内不为零时，被动粒子和主动粒子都经历了一个典型的动力学相变。
2019-09-12 cond-mat.stat-mech
Steady state, relaxation and first-passage properties of a run-and-tumble particle in one-dimension
本文研究了一维翻滚粒子（RTP）的运动。我们找到了粒子在无限直线上和有限区间内有无扩散的精确概率分布。在无限域中，这种概率分布在长时间极限下接近高斯形式，就像规则布朗粒子的情况一样。在中间时期，这种分布表现出意想不到的多模态形式。在有限域中，概率分布达到稳态形式，在边界处具有峰值，与布朗粒子相反。我们还研究了弛豫到稳态的解析。最后计算了RTP在半无限域中的生存概率。在有限区间内，我们计算退出概率和相关的退出时间。我们提供了我们的分析结果的数值验证。
2018-05-19 cond-mat.stat-mech
Entropy production of run-and-tumble particles
该研究系统分析了跑停模型中的熵产生，推导了自由、谐波约束及各向异性情形下的精确表达式，并推广至空间异质和d维运动。
2024-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of Run-and-Tumble Particles in Dense Single-File Systems
研究了拥挤单列环境中自推进粒子的极小模型。我们扩展经典模型的排斥过程（先前分析的扩散和驱动示踪粒子）的情况下，示踪粒子是一个运行和翻滚粒子（RTP），而所有的浴粒子进行对称随机行走。在高密度的浴粒子的限制，我们推导出精确的表达式的RTP位置$X$和所有的累积量，适用于任意值的翻滚概率$α$和时间$n$的全分布$\mathcal{P}_n(X)$。我们的研究结果突出了拥挤的动力学的显着影响：即使累积量的RTP位置的$α$在中间的时间尺度的增加功能，并显示一个subdiffusive异常缩放$\propto \sqrt{n}$独立于$α$在长时间的限制$n\to \infty$。这些分析结果为定量分析真实生物或人工微泳者在极端禁闭中的实验轨迹奠定了基础。
2018-07-11 cond-mat.stat-mech
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
Nonequilibrium statistics of harmonically trapped run-and-tumble particles: An exact convolution approach
Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）
该研究针对简谐势阱中耦合热浴的一维奔跑-翻滚粒子，通过奥恩斯坦-乌伦贝克传播子的卷积方法得到位置分布闭式解，修正了早期结果，明确了控制分布转变的无量纲参数，并量化了非平衡特性。
2026-08-25 cond-mat.stat-mech
Run and tumble particle under resetting: a renewal approach
我们考虑一个粒子经历运行和翻滚动力学，其中它的速度随机逆转，在一维。我们研究了另外一个泊松重置过程发生率$r$。在重置事件中，粒子的位置返回到重置位点$X_r$，并且粒子的速度以概率$η$反转。情况$η= 1/2$对应于位置复位和速度随机化，而$η=0$对应于仅位置复位。我们表明，从对称的初始条件，定态不依赖于$η$，即它是独立的速度重置协议。然而，在原点存在吸收边界的情况下，存活概率和平均吸收时间确实取决于速度重置协议。使用更新方程的方法，我们表明，吸收的平均时间总是小于速度随机化比位置只复位。
2018-10-12 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
A First-Order Dynamical Transition in the displacement distribution of a Driven Run-and-Tumble Particle
本文研究了在一个非零驱动力$E$存在下，一个$N$步运行和翻滚粒子在直线上的总位移$X_N$的概率分布$P(X_N=X,N)$。虽然中心极限定理预测$P(X,N)$在其峰值附近的标准高斯形式，我们表明，对于大的正和负$X$，分布表现出异常的大偏差形式。对于大的正$X$，相关的速率函数是非解析的，在一个临界值的缩放距离的峰值，其一阶导数是不连续的。这标志着一个一阶动态相变从一个均匀的“流体”相到一个“凝聚”相，是由一个单一的大运行为主。类似的一阶跃迁也发生在负的大波动中。数值模拟与我们的分析预测非常吻合。
2019-11-18 cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble particles, telegrapher's equation and absorption problems with partially reflecting boundaries
在一维空间中，考虑部分反射边界条件，分析了由电报员方程描述的自由落体粒子的吸收问题。给出了拉普拉斯域中的概率分布函数和平均吸收时间的精确表达式，讨论了一些有趣的极限（布朗极限和波极限，大体积极限）和不同的情况下研究（半无限段，相等和对称边界，完全/部分反射边界）。
2016-01-19 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
Anomalous diffusion and run-and-tumble motion of a chemotactic particle in low dimensions
本文研究对称自趋化粒子的随机动力学，揭示其在低维空间中的反常扩散行为：一维排斥趋化对应跑动-翻滚运动并导致指数为4/3的超扩散，吸引趋化导致对数增长，二维出现对数老化，三维恢复标准扩散。
2025-08-28 cond-mat.stat-mech
First-passage time of run-and-tumble particles
我们解决了一维自由落体粒子的首次通过时间问题。在一般情况下，考虑外力场和化学作用场，导出了平均首次通过时间的精确表达式，从而产生了与空间相关的游动速度和翻滚速率。在恒定和正弦力场，恒定梯度趋化场的分析研究中，理论公式和数值模拟之间的协议。报道的研究结果可以有助于深入了解涉及活性颗粒的非常不同的现象，例如细菌在外场中的运动，细胞内运输，细胞迁移，动物觅食。
2015-06-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Kuramoto model with run-and-tumble dynamics
这项工作认为，延伸的仓本模型与运行和翻滚动力学-一种类型的自推进运动。扩展模型和原始模型之间的区别在于，在扩展版本中，单个粒子的角速度不再是固定的，而是可以随着从分布g（w）中提取的新速度而零星地改变。由于仓本模型经历了一个相变，它提供了一个简单的情况下研究相变的系统与自推进粒子。
2021-07-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stationary superstatistics distributions of trapped run-and-tumble particles
我们提出了一个分析的运行和翻滚粒子被困在外部潜力的热泳势，出现时被困的主动运动被映射到被困被动布朗运动在一个虚构的不均匀的热浴的固定分布。我们详细说明的意义上的非玻尔兹曼-吉布斯平稳分布出现的结果，持续运动的活性粒子。这些平稳分布被解释为非平衡统计力学中的一类分布，称为超统计。我们的分析提供了一个原始的洞察力之间的联系的内在非平衡性质的主动运动和著名的概念，局部平衡用于非平衡统计力学，并有助于理解的有效温度的概念的有效性。特别感兴趣的情况下，关于特定的捕获潜力在其他理论或实验研究中使用，进行了讨论。我们指出，作为一个前所未有的效果，出现的新模式的固定分布的结果耦合的持续运动的捕获潜力，变化足够高的位置。
2019-01-31 cond-mat.stat-mech
Inverse Clausius Thermodynamics in Run-and-Tumble Dynamics
Ben-Gurion University of the Negev（内盖夫本-古里安大学）
建立一维有热噪声游动-翻滚粒子与空间变温过阻尼布朗运动的映射，通过逆克劳修斯热力学框架从稳态密度推断有效温度，并直接提取熵流和熵产生率。
2026-06-17 cond-mat.stat-mech
First-Passage-Time Asymmetry for Biased Run-and-Tumble Processes
本文研究了有偏奔跑-翻转过程的第一通过时间不对称性，通过分析对称屏障位置和偏置方向的差异，揭示了第一通过分布的不对称性及其与波动关系的联系。
2025-10-27 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
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
Confined run-and-tumble swimmers in one dimension
活动粒子运动的持久性引起边界上的积累。我调查的问题，运行和翻滚的游泳运动员被限制在一个1D框与硬墙，报告的颗粒概率分布和壁压的表达式。一个交叉盒长度值被发现低于初始值的压力原来是高于渐近的，表明反弹效果的积极“波”的游泳者。吸引和排斥边界的情况下，也研究了使用两种不同的翻滚率的颗粒在散装和在墙壁。逃逸问题，最后分析考虑部分可渗透的墙壁，通过该颗粒可以离开盒子。
2022-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Geometric and Nonequilibrium Criticality in Run-and-Tumble Particles with Competing Motility and Attraction
研究显式吸引与自推进竞争下RTPs的再入式MIPS，通过致密团簇渗流分析发现临界指数连续变化但标度函数属于Ising–渗流普适类，揭示其Ising超普适性。
2025-10-21 cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble dynamics with non-reciprocal transitions between three velocity states
本研究提出三态非互易跃迁的跑停动力学模型，通过模拟与解析揭示弹道输运、巨扩散等非平衡行为，并给出漂移与扩散系数的精确表达式，阐明内部态不可逆性对宏观输运的调控作用。
2025-08-13 cond-mat.stat-mech
Local time for run and tumble particle
研究了一维非均匀介质中运动翻滚粒子的局域时$(T_{loc})$统计。通过考虑形式$R(x) = γ\frac{|x|^α}{l^α}$与$α\geq 0$的位置相关速率引入了不均匀性。对于$α=0$，我们精确地导出了$T_{loc}$的概率分布，它表示为一系列的$δ$ -函数，其中的系数可以解释为粒子从原点开始多次重访原点的概率。对于一般的$α$，我们表明，典型的波动$T_{loc}$规模随时间的$T_{loc} \sim t^{\frac{1+α}{2+α}}$为大$t$和它们的概率分布具有标度行为所描述的标度函数，我们已经计算分析。在第二部分中，我们研究了$T_{loc}$的统计，直到RTP第一次通过$x=M~(>0)$。在这种情况下，我们还表明，概率分布可以表示为一系列的总和$δ$ -函数的所有值的$α~(\geq 0)$与系数出现从适当的出口问题。所有的分析结果都得到了数值模拟的支持。
2020-11-09 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
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
Occupation time of a run-and-tumble particle with resetting
本文研究了随机重置条件下翻滚粒子（RTP）的正占据时间。在重置协议下，粒子的位置以由具有速率$r$的泊松过程生成的随机时间序列重置到原点。速度状态重置为$\pm v$，具有固定概率$ρ_1$和$ρ_{-1}=1-ρ_1$，其中$v$是速度。我们利用的事实是，有和没有复位的矩母函数由更新方程，后者的生成函数可以通过求解相应的Feynman-Kac方程计算。这使我们能够在拉普拉斯空间中数值地定位具有重置的矩母函数的最大实极点，从而使用Gartner-Ellis定理导出占用时间概率密度的大偏差原理（LDP）。我们探讨了LDP如何依赖于速度态的切换率$α$、重置率$r$和概率$ρ_1$。特别地，我们证明了在快速开关极限$α\rightarrow \infty$下，重置布朗粒子的相应LDP可以被恢复。另一方面，慢速切换限制中的行为取决于复位协议中的$ρ_1$。
2020-09-04 cond-mat.stat-mech
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
Generalised `Arcsine' laws for run-and-tumble particle in one dimension
一维布朗粒子的“反正弦”定律描述了三个量的分布：到达最大值位置的时间$t_m$，在正侧花费的时间$t_r$和最后一次访问原点的时间$t_\ell$。有趣的是，所有三个量的累积分布是相同的，并且由反正弦函数给出。本文在一维单个滚动粒子的背景下研究了这三次$t_m,~t_r$和$t_\ell$的分布，这是一个简单的非马尔可夫过程。我们计算了任意时刻这三个量的精确分布，发现这三个分布都有δ函数部分和非δ函数部分。有趣的是，我们发现当粒子的初速度以相等的概率被选择时，$t_m$和$t_r$的分布是相同的（让人想起布朗粒子的情况）。另一方面，对于$t_\ell$，只有非delta函数部分与其他两部分相同。此外，我们发现明确的最大位移的联合分布的表达式和这个最大值发生的时间。我们通过数值模拟验证了我们所有的分析结果。
2020-05-10 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
Control protocols for harmonically confined run-and-tumble particles
Institute for Complex Systems, CNR（复杂系统研究所，意大利国家研究委员会）
研究通过谐振约束下的跑- tumble 粒子模型，提出时变控制协议以实现系统状态转换，并分析最小工作量的最优策略。
2026-07-28 cond-mat.stat-mech
Run-and-tumble exact work statistics in a lazy quantum measurement engine: stochastic information processing
本文提出一种单量子比特量子测量引擎，通过懒惰概率降低信息处理能耗，证明提取功为二阶马尔可夫过程，并给出精确统计与最优懒惰概率。
2024-10-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
Ergodicity Breaking in Active Run-and-Tumble Particles in a Double-Well Potential
S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）；LPTMS, CNRS, Université Paris-Saclay（LPTMS，法国国家科学研究中心，巴黎-萨克雷大学）
研究了在双势阱中主动跑- tumble 粒子的 ergodic 性破坏，发现主动动力学可导致强 ergodic 性破坏，并推导了稳态分布和特征屏障穿越时间。
2026-08-11 cond-mat.stat-mech
Generalized disorder averages and current fluctuations in run and tumble particles
本文研究一维非相互作用奔跑-翻滚粒子中穿过原点的粒子数涨落，引入密度场和磁化场的广义无序平均，发现退火与淬火磁化情形下短时方差分别呈 $t$ 和 $t^2$ 标度，长时间呈 $\sqrt{t}$ 行为，并证明严格淬火会强烈抑制流涨落。
2023-06-23 cond-mat.stat-mech
Trapping of a run-and-tumble particle in an inhomogeneous domain: the weak noise limit
一维滚动粒子（RTP）在恒定速度的左右移动状态$v$之间随机切换。这种类型的运动出现在细胞生物学的广泛应用中，包括微管或细胞丝的无偏生长和收缩、分子马达的双向运动以及细菌（例如{ \em E. coli}。RTP在非平衡统计物理学界也有更广泛的兴趣，无论是在单粒子水平还是在相互作用的群体水平，它提供了一个简单的活性物质的例子。在本文中，我们使用渐近的方法来计算平均首次通过时间（MFPT）的一维RTP逃脱的有效捕获潜力产生的空间依赖的开关率。这种方法是一个更一般的框架的一部分，用于研究所谓的分段确定性马尔可夫过程（PDMP），其中包括RTP作为一个特殊情况下的亚稳态。
2021-02-20 cond-mat.stat-mech q-bio.QM
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
Exact spectral solution of two interacting run-and-tumble particles on a ring lattice
相互作用随机游走模型的精确解，如一维晶格气体，提供了对非平衡现象起源的精确洞察。在这里，我们研究了一个模型的运行和翻滚的粒子在一个环形晶格通过硬核排斥相互作用。我们提出了一个和两个粒子使用生成函数技术的精确解。对于两个粒子，本征向量和本征值明确表示使用两个参数想起Bethe根，其数值由多项式方程，我们推导。光谱以复杂的方式取决于方向反转率与晶格跳跃率之比$ω$。对于一个和两个粒子，光谱由大$ω$的独立实带组成，这些实带混合并成为小$ω$的复值。在$ω$的特殊值处，两个或更多个特征值合并，使得马尔可夫矩阵不可对角化。这种复杂的参数依赖性的后果是动态转变的外观：在最长的弛豫时间作为$ω$的函数（对于给定的晶格尺寸）的非解析最小值。例外点在理论上和实验上是相关的，例如，开放量子系统和多通道散射。我们建议，这种现象应该是一个普遍存在的功能，以及经典的非平衡模型，并在此背景下的物理观测值的相关性。
2018-11-28 cond-mat.stat-mech
