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
First-order condensation transition in the position distribution of a run-and-tumble particle in one dimension
我们考虑一个单一的运行和翻滚粒子（RTP）在一维运动。我们假设粒子的速度是独立绘制在每个翻滚从零均值高斯分布和运行时间是指数分布。利用$N\gg 1$研究了粒子在$N$运行后的位置$X$的概率分布$P(X,N)$。我们表明，在政权$ X \sim N^{3/4}$的分布$P(X,N)$具有大的偏差形式，其特征在于由一个不连续的衍生物在临界值$X=X_c>0$的速率函数。由于$P(X,N)$的对称性，$X=-X_c$也是如此。我们发现，这种奇异性对应于一阶凝聚过渡：对于$X>X_c$一个单一的大跳跃占主导地位的RTP轨迹。我们考虑的参与率的单次运行的位移作为系统的序参量，表明这个量是不连续的$X=X_c$。我们的研究结果支持与约束马尔可夫链蒙特卡罗算法进行数值模拟。
2021-09-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
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
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 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
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
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
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
Large deviations at various levels for run-and-tumble processes with space-dependent velocities and space-dependent switching rates
当两个速度和/或两个切换率是空间相关的时，一维运行-翻滚过程可能收敛到某些局部非平衡稳态。一个长的动态轨迹，然后可以分析通过在2.5级的经验密度，经验空间电流和经验开关流的联合概率的大偏差。然后，通过对经验流进行水平2.5的优化，可以推导出经验密度单独的水平2。更一般地说，任何时间可加观测的大偏差也可以通过从2.5级的收缩来获得，或者等效地通过变形生成器方法和相应的Doob条件过程来获得。最后，连续切换事件之间的经验间隔的大偏差可以通过引入交替马尔可夫链来获得，该交替马尔可夫链支配长轨迹的所有切换事件的序列。
2021-05-10 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
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
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
Run-and-Tumble Dynamics and Zeno--Anti-Zeno Transition in Biased Quantum Trajectories
University of Luxembourg（卢森堡大学）
该研究通过量子轨迹中的偏置测量和反馈，揭示了量子系统中 Zeno-Anti-Zeno 转换与生物游动行为的类比，为设计耗散噪声量子系统提供了新方法。
2026-01-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
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
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
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
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
Extreme value statistics for branching run-and-tumble particles
活性物质的极值统计提供了对其独特性质的重要见解。一个相变最近被报道在一个模型的分支运行和翻滚粒子，描述了空间扩展的一个不断发展的群体的活性物质在一维。在“持续”阶段中，颗粒形成宏观鲁棒簇，其作为整体弹道传播，而在“间歇”阶段中，颗粒被隔离。我们的研究集中在这个模型的最右边的位置$x_{\max}(t)$达到的时间$t$的波动。在长时间内，随着菌落逐渐侵入未探测区域，$x_{\max}(t)$的累积概率由行进锋描述。这一转变对这一领域产生了显著影响。在间歇阶段，它在性质上类似于满足Fisher-KPP方程的波前，Fisher-KPP方程描述了非活动分支布朗运动的极值统计。一个显着不同的行为出现在持续阶段，活动赋予了我们精确计算的意想不到的和不寻常的特征。
2020-06-08 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Run-and-tumble particles with hydrodynamics: sedimentation, trapping and upstream swimming
我们模拟格子玻尔兹曼的运行和翻滚粒子（灵感来自细菌的极小模型）的非平衡稳态，相互作用的远场流体力学，受到限制。在重力作用下，流体动力学相互作用几乎不会干扰没有它们的稳定状态，但对于谐波陷阱中的粒子，如果运行长度大于限制长度，则这种状态会发生很大变化：形成自组装泵。同样限制在一个狭窄的通道中的颗粒显示了普瓦维尔流中的通用上游通量：不需要手性游泳。
2010-06-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.OT
Optimal search strategies of run-and-tumble walks
在运行和翻滚的步行，包括在随机重新定向的弹道偏移，模型的现象，从气体动力学细菌运动。我们评估的平均时间需要这个行走找到一个固定的目标在一个2D或3D的球形限制。我们发现，平均搜索时间承认一个最小的平均运行时间为各种类型的边界条件和运行时间分布（指数，幂律，确定性）的函数。我们的结果与纯弹道运动形成鲜明对比，这被预测为泊松分布目标情况下的最佳搜索策略。
2016-07-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Transition-path sampling for Run-and-Tumble particles
本文针对Run-and-Tumble活性粒子非平衡系统，提出通过构造合理反向动力学来推广过渡路径采样算法，并用于研究粒子穿越势垒的稀有过渡路径的结构与动力学。
2024-11-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Effective run-and-tumble dynamics of bacteria baths
{ \it E.大肠杆菌以直线运动的方式游动，并被称为翻滚的突然重新定向事件所打断。由此产生的随机行走引起的密度波动，可以推导出分析的限制非相互作用的粒子或相当的非常低的浓度。然而，在实际感兴趣的情况下，细菌的浓度总是足够大，使相互作用成为一个重要因素。利用分子动力学模拟，我们研究了模型菌浴的动态结构因子的密度值增加。我们表明，它是可能的，在系统中使用一个自由运行和翻滚模型与有效的拟合参数再现密度波动的动态。我们讨论这些参数的依赖性，例如，翻滚速率、翻滚时间和自推进速度对浴的密度的影响。
2013-07-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transient anomalous diffusion in run-and-tumble dynamics
研究了具有两种不同运动状态的粒子的随机动力学。每一个由两个参数表征：一个代表平均速率，另一个代表量化保持当前运动方向的趋势的持久性。我们考虑一个运行和翻滚的过程，这是一个积极的快速运动模式（持续运动）和被动的缓慢模式（扩散）的组合。假设两个运动状态之间的随机过渡，我们推导出的均方位移的时间演化的解析表达式。的关键参数和初始条件的相互作用，例如，最初开始在运行或翻滚状态的概率导致各种瞬态制度的异常运输在不同的时间尺度上接近渐近扩散动力学。我们估计的交叉时间的长期扩散制度，并证明了渐近扩散常数是独立的最初开始在运行或翻滚状态。
2021-07-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
The convex hull of the run-and-tumble particle in a plane
我们研究了一个平面的运行和翻滚粒子（RTP），也被称为“持久的随机行走”，其中粒子/步行者之间的翻滚事件，它随机改变其方向弹道运行的凸包的统计特性。我们考虑两个不同的统计集合，其中我们固定（i）肿瘤$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
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
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
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 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
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
Activity-driven clustering and many-body steady state of jamming run-and-tumble particles
Université Clermont-Auvergne（克莱蒙奥弗涅大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Laboratoire de Mathématiques Blaise Pascal UMR 6620（布莱斯·帕斯卡数学实验室）；Institut de Mathématiques, Université de Neuchâtel（纳沙泰尔大学数学研究所）
该研究通过微观动态解析了刚性粒子的多体稳态结构，揭示了活动参数对集群组织和稳态行为的调控作用。
2026-01-23 cond-mat.stat-mech math.PR
Condensation transition in the late-time position of a Run-and-Tumble particle
本文研究了任意维$d$中的一个翻滚粒子（RTP）在$N$运动后的位置分布$P(\vec{R},N)$。我们假设，在每个运行阶段的粒子的恒定速度$v>0$是独立绘制的概率分布$W(v)$和粒子的方向是各向同性选择后，每次翻滚。位置分布明显是各向同性的，即$P(\vec{R},N)\to P(R,N)$，其中$R=|\vec{R}|$。结果表明，在一定条件下，对于大的$N$，在$R=R_c\sim O(N)$的某个临界值处，在$P(R,N)$的大偏差区域，发生了凝聚相变.对于$R<R_c$（亚临界流体相），所有运行在典型轨迹中的尺寸大致相同。相比之下，具有$R>R_c$的RTP轨迹通常由“冷凝物”主导，即，包含总排量的有限部分的大的单次运行（超临界凝聚相）。专注于家庭的速度分布$W(v)=α(1-v/v_0)^{α-1}/v_0$，参数化的$α>0$，我们表明，对于大$N$，$P(R,N)\sim \exp\left[-Nψ_{d,α}(R/N)\right]$，我们精确计算的速率函数$ψ_{d,α}(z)$的任何$d$和$α$。我们表明，过渡表现为在$R=R_c$的速率函数的奇异性，其顺序连续依赖于$d$和$α$。我们还计算了$R>R_c$的凝聚尺寸分布。最后，我们研究的模型时，RTP的总持续时间$T$，而不是运行的总数，是固定的。我们的分析预测证实了数值模拟，使用约束马尔可夫链蒙特…
2021-03-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
Run-and-tumble particle in one-dimensional potentials: mean first-passage time and applications
本研究利用向后福克-普朗克方程推导一维奔跑-翻滚粒子在任意势中到达吸收目标的平均首次通过时间，识别四种相并给出显式公式，应用于双阱势、对数势及克拉默斯逃逸定律等，揭示其行为比被动粒子更复杂且反直觉。
2024-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
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
Noise-robust navigation from an adaptive run-and-tumble policy
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
研究针对噪声信号下的生物体导航问题，提出源于最优性原理的跑-翻策略，该策略自带的方差适应机制可在噪声增大时维持趋化漂移有限，虽会降低安静环境性能，但为抗噪声导航提供了新方案。
2026-08-31 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
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
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
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
Steady state and mixing of two run-and-tumble particles interacting through jamming and attractive forces
研究两个跑停粒子在吸引力与堵塞作用下的长时间行为，给出显式不变测度并分析弛豫性质，发现线性势下总变差距离指数衰减，谐波势下给出Wasserstein型指数界。
2025-01-20 cond-mat.stat-mech math.PR
Superdiffusion in self-reinforcing run-and-tumble model with rests
本文介绍了一个具有自增强方向性和休止符的滚转模型。本文导出了随机游动位置概率密度的一个控制双曲型偏微分方程，并由此得到了长时间极限下的二阶矩。我们发现的标准之间的过渡超扩散和扩散所造成的额外的休息状态。超扩散的出现取决于代表自我强化强度的参数和平均跑步时间与休息时间之间的比率。平均运行时间必须至少为平均静止时间的$2/3$，才能实现超扩散。蒙特卡罗模拟验证了这一理论结果。这项工作表明，通过增加自我加强的方向性，使超扩散发生时，即使休息介绍电报员的（或Cattaneo）方程的可能性。
2021-10-08 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.QM
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
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
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
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
