Nonequilibrium Work distributions for a trapped Brownian particle in a time dependent magnetic field
本文研究了在含时磁场作用下被囚禁的带电布朗粒子的动力学行为。我们计算不同的时间依赖协议的工作分布。在我们的问题中,热力学功与矢量势随时间的变化有关,而不是早期的研究,其中工作与仅取决于粒子坐标的势的时间变化有关。利用Jarzynski恒等式和Crook等式证明了粒子的自由能与磁场无关,从而补充了Bohr-van Leeuwen定理。我们还表明,我们的系统表现出一定的参数空间中的参数共振。
2007-07-14 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium coupled Brownian phase oscillators
研究了平衡态(高斯白噪声驱动)和非平衡态(对称二分涨落驱动)下的全局耦合相位振子模型。对于平衡系统,平均场状态方程具有简单的形式,并在序参量的全空间中考察了其解的稳定性。对于非平衡系统,各种渐近制度得到了一个封闭的分析形式。在一般情况下,相应的主方程数值求解。此外,蒙特卡罗模拟的耦合组的朗之万运动方程进行。给出了非平衡体系的相图。对于长时间的限制,我们发现了四种制度。其中三个可以由平均场论得到。其中之一,振荡制度,不能预测的平均场方法,并已检测到的蒙特卡罗数值实验。
2002-02-10 cond-mat.stat-mech
Upside/Downside statistical mechanics of nonequilibrium Brownian motion. II. Heat transfer and energy partitioning of a free particle
研究了在稳态条件下,由不同局部温度的多个热库驱动的布朗粒子在激活和弛豫过程中的能量分配。具体地说,我们应用在前一篇文章[G. T. Craven和A. Nitzan,J. Chem. Phys. 148,044101(2018)],以检查布朗过程的两个子集合的热输运性质,在任何给定的时间,通过指定每个组中的所有轨迹在当时具有高于(向上)或低于(向下)预选能量阈值的能量来区分。动力学性质描述的能量积累和释放过程中的激活/弛豫事件和关系的上/下热库之间的能量分配。讨论了由上行和下行事件引起的热传输的影响。
2019-08-01 cond-mat.stat-mech
Stochastic resetting in underdamped Brownian motion
我们考虑一个单一的布朗粒子在一维介质中在一个恒定的温度在欠阻尼制度。我们随机重置布朗粒子的位置到一个固定的点在空间中的一个恒定的速率$r$,而它的速度的演变与粒子的位置和随机重置机制无关。研究了该模型系统位置分布的非平衡稳态。进一步研究了粒子在有限时间内的位置分布和非平衡稳态随时间的分布。数值模拟验证了分析结果。
2018-12-18 cond-mat.stat-mech
Hot Brownian Carriers in the Langevin Picture: Application to a simple model for the Gunn Effect in GaAs
我们考虑一个带电布朗气体,在外部的、静态的、均匀的电场和磁场的影响下,浸入一个均匀的浴温中。我们得到相关的朗之万方程的解决方案,此后的非平衡(热)稳定状态的非平衡温度的演变。我们将我们的结果应用到一个简单而相关的布朗模型在GaAs中的载流子输运。我们得到了一个负微分电导制度(耿氏效应),并讨论和比较我们的结果与实验结果。
2013-07-31 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium phase transitions in a Brownian $p$-state clock model
本文提出二维布朗$p$态时钟模型,数值发现$p>4$时存在三个相,临界相中磁化指数连续变化,无序相转变指数与平衡系统一致,有序相转变指数因粒子扩散偏离平衡值。
2023-12-28 cond-mat.stat-mech
Flow and structure in nonequilibrium Brownian many-body systems
本文提出了布朗多体系统集体流作用下非平衡结构形成的力的基本分类。内部单体力场被系统地分解为与空间结构和耦合运动相关的贡献。我们证明,这两个贡献可以直接在计算机模拟中获得,并提出了一个功率泛函理论,定量描述所有类型的力。我们的结论和方法是相关的惯性系统中的流动,如分子液体和颗粒介质。
2020-05-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Transport and bistable kinetics of a Brownian particle in a nonequilibrium environment
提出了一个系统库模型,其中关联库由外部有色随机力调制,研究了过阻尼布朗粒子在周期势场中的输运。然后,我们推导出的平均速度,流动性和扩散率的解析表达式。研究了过阻尼区的双稳态动力学和从亚稳态的逃逸率。通过数值模拟,我们证明了我们的解析逃逸率与数值结果是一致的。
2008-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Colossal Brownian yet non-Gaussian diffusion in a periodic potential: impact of nonequilibrium noise amplitude statistics
去年在[Phys. Rev. E 102,042121(2020)]中,作者研究了非平衡噪声驱动的布朗粒子在空间周期势中的过阻尼动力学,并发现了一类新的布朗扩散,但非高斯扩散。粒子的均方位移随时间线性增长,粒子位置的概率密度为高斯分布,然而,对应的增量分布为非高斯分布。后一种性质导致扩散的巨大增强,显著超过了众所周知的巨扩散效应。在这里,我们大大扩展了上述预测,通过调查的影响,非平衡噪声振幅统计的巨大布朗,但非高斯扩散。振幅分布的尾部对扩散放大的幅度以及位置和增量统计的高斯性都有重要影响。我们的研究结果进行了深刻的后果扩散行为在非平衡设置,如活细胞中的扩散是一个中央运输机制。
2021-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian motion under intermittent harmonic potentials
本文研究了强度为$μ= μ_0 ν$的间歇谐波势对具有阻尼系数$ν$的过阻尼布朗粒子的影响。这可以被认为是实现随机重置的现实模型。我们表明,这种动态承认一个固定的解决方案,在所有参数制度和计算的位置分布的全时变方差,并找到特征松弛时间。我们发现在极限下的精确的非平衡定态分布--(i)$γ\llμ_0 $,它显示出一个非平凡的分布,另外作为$μ_0\to\infty$,我们得到了具有不应期的复位的结果;(ii)$γ\ggμ_0$,其中粒子弛豫到具有原始势的一半强度的Ornstein-Uhlenbeck过程的Boltzmann分布;(iii)中间$γ=2nμ_0$,对于$n=1, 2$。找到目标的平均首次通过时间(MFPT)表现出与切换速率的优化,然而,与瞬时复位不同的是,MFPT不会发散,而是在大速率下达到稳定值。MFPT也表现出类似的行为相对于潜在的强度。我们的结果可以在胶体的实验中使用光镊验证。
2021-07-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Modelling intermittent anomalous diffusion with switching fractional Brownian motion
针对异质复杂系统动态建模工具匮乏的问题,提出适配可变参数的切换分数布朗运动模型,推导统计量公式与识别方法,并经活细胞量子点运动实验验证。
2023-09-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Nonequilibrium Ornstein-Zernike relation for Brownian many-body dynamics
本文导出了经典流体在经历过阻尼布朗运动并被驱离平衡时的动态Ornstein-Zernike方程。非均匀的两个时间关联函数得到的单体密度和电流相对于一个适当选择的外场的功能微分。泛函微积分自然地导出了两次微分方程的非马尔可夫运动方程。记忆功能被确定为一个空间和时间的非局部功率耗散功能的功能衍生物。我们提出了一个过剩(超过理想气体)耗散泛函,既产生模式耦合理论的两体相关性和扩展动力学密度泛函理论的单体领域,从而统一了两种方法。
2013-10-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Nonequilibrium Thermodynamic Approach to Generalized Statistics for Brownian Motion
我们分析了布朗气体与热浴接触的动力学,在热浴中发生大的温度波动。存在两个不同的时间尺度,一个描述温度波动的衰减,另一个与局部平衡的建立有关。虽然气体已经达到局部平衡,但在强烈的参数(温度)中存在大的波动,这打破了与热浴的热力学平衡。因此,强度参数波动的衰减大于局部平衡建立的特征时间。我们表明,这种大而密集的波动的动态可以通过采用非平衡态热力学方法与适当的制定当地平衡。粗化过程,然后使用收缩的介观变量的空间来描述气体的动力学和描述的广泛性丢失。这个过程使我们能够推导出一个有效的麦克斯韦-玻尔兹曼因子(EMBF)的布朗气体,最近已经提出的文献。此外,我们使用这个局部平衡分布和熵泛函导出的非平衡概率分布和流体动力学描述的布朗气体,其中包含波动的输运系数。随后的描述是nonextensive和我们的分析表明,粗粒化过程是负责nonextensivity属性。
2005-09-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Superstatistics of Brownian motion: A comparative study
用符合Boltzmann-Gibbs统计的方法描述了布朗粒子气体在非平衡热浴中局部平衡时的温度涨落动力学。我们使用介观非平衡态热力学(MNET)推导出一个福克-普朗克方程的概率分布在相空间中,包括本地密集变量的波动。我们收缩的描述,以获得一个有效的概率分布(EPD)的质量密度,van Hove的功能和系统的动态结构因子。结果表明,在长时间内,EPD表现出与非广延统计力学(NESM)超统计分布相似的行为,这意味着粗粒化过程是造成非广延效应的原因。
2007-06-04 cond-mat.stat-mech
Diffusion coefficient of a Brownian particle in equilibrium and nonequilibrium: Einstein model and beyond
小颗粒的扩散在自然界中的许多过程中都无处不在。因此,它被广泛研究和运用在几乎所有的科学分支。它构成了这样一个广泛的,往往是相当复杂的主题的探索,我们选择在这里缩小我们的调查的情况下,扩散系数的布朗粒子,可以建模的框架内的朗之万动力学。我们的主要重点将集中在不同的物理系统的几个基本模型的扩散系数的温度依赖性。从爱因斯坦理论所支持的平衡扩散开始,我们考虑了一些远离自由布朗运动的物理情况,并以测量时间周期性驱动的布朗粒子在周期势中随机居住的非平衡扩散结束。对于后者的情况下,扩散系数表现出一个有趣的非单调依赖于温度。
2022-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unravelling intermittent features in single particle trajectories by a local convex hull method
我们提出了一种新的无模型方法来检测不同阶段之间的变化点在一个单一的随机轨迹的间歇性随机过程。为每个轨迹点构造局部凸包(LCH),而其几何特性(例如,直径或体积)被用作相位之间的鉴别器。LCH方法的有效性进行了验证的六个模型的间歇运动,包括布朗运动与不同的扩散率或漂移,分数布朗运动与不同的赫斯特指数,和表面介导的扩散。我们讨论了潜在的应用程序的主动和被动阶段的细胞内运输,时间捕获或结合的扩散分子,交替的体积和表面扩散,运行和翻滚(或搜索)阶段的细菌和觅食动物的运动,和瞬时放电率在神经元中的检测方法。
2017-08-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Multimode Brownian oscillators: Exact solutions to heat transport
本文针对多温度热库下的多模布朗振子非平衡热输运问题,提出一种代数方法以获得约化密度算符的精确时间局域运动方程,并数值验证了稳态热流结果,为开放量子系统非平衡统计力学提供了基础性工具。
2023-06-30 cond-mat.stat-mech
Approach to nonequilibrium: from anomalous to Brownian diffusion via non-Gaussianity
本研究分析布朗粒子在周期势与周期力驱动下的扩散,发现位移分布非高斯性(超额峰度非单调变化)与有限时间瞬态反常扩散相关,长期扩散为布朗但非高斯。
2025-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Learning how to find targets in the micro-world: The case of intermittent active Brownian particles
本研究针对微泳者在均匀环境中搜索未知位置目标的问题,采用Projective Simulation强化学习算法开发可切换运动模式的随机搜索策略,揭示了运动活性与各阶段最优时长、搜索效率间的关联规律。
2023-11-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Brownian motion: a case of temperature fluctuations
重新考虑了布朗粒子在温度为$T$的介质中的扩散过程。我们假设介质的温度在其平均值附近波动。得到了速度的概率分布。结果表明,定态不是麦克斯韦分布描述的热力学平衡态。相反,非平衡态是由温度波动产生的。
2004-06-29 cond-mat.stat-mech
Total entropy production fluctuation theorems in a nonequilibrium time-periodic steady state
本文研究了在受驱动的非线性系统中布朗粒子的总熵产生。该系统表现出随机共振现象。我们表明,在时间周期稳定状态下,总熵产生的概率密度函数满足塞弗特的积分和详细的波动定理在有限的时间轨迹。
2008-12-29 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium diffusion processes via non-Hermitian electromagnetic quantum mechanics with application to the statistics of entropy production in the Brownian gyrator
通过与标量势$V(\vec r)$和矢量势$\vec A(\vec r)$中的非厄米量子力学的对应,重新讨论了在$N$维的任意力场$\vec f(\vec r)$中的非平衡Fokker-Planck动力学.不可逆性的相关参数是$\frac{N(N-1)}{2}$磁矩阵元$B_{nm}(\vec x ) =-B_{mn} (\vec x ) = \partial_n A_m (\vec x ) - \partial_m A_n (\vec x )$,而探索矢量势$\vec A(\vec r) $的相应规范变换是有启发性的。这种量子解释对于研究随机轨道的所有时间可加观测量的统计更有成效,因为它们的生成函数对应于具有附加标量和/或矢量势的相同量子问题。我们的主要结论是,分析其大偏差的性质和相应的Doob条件过程的建设可以大大简化通过选择一个适当的规范为每一个目的。这个一般的框架,然后应用到特殊的时间添加剂的观测量的奥恩斯坦-乌伦贝克轨迹在维度$N$,其生成函数对应于量子传播涉及二次标量势和线性矢量势,即量子谐振子在恒定的磁性矩阵。作为简单的说明性例子,我们最后集中在布朗回转器的尺寸$N=2$,以计算其随机轨迹的熵产生的大偏差性质,并构造相应的条件过程具有给定的值的熵产生每单位时间。
2023-01-04 cond-mat.stat-mech
Colossal Brownian yet non-Gaussian diffusion induced by nonequilibrium noise
我们报告新的布朗,但非高斯扩散,其中粒子的均方位移随时间线性增长,粒子扩散的概率密度是高斯型的,但是,其位置增量的概率密度具有指数衰减的尾巴。在最近的作品在这方面,这种行为是不是一个空间或时间依赖性扩散的后果,但引起的外部非热噪声作用于粒子居住在一个周期性的潜力。在增量统计中指数尾的存在导致扩散的巨大增强,大大超过了以前研究的情况下已知的标签下的“巨人”扩散。这种巨大的扩散增强对广泛的首次到达问题产生了至关重要的影响,例如控制活细胞运输的扩散限制反应。
2020-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-negative Interfacial Tension in Phase-Separated Active Brownian Particles
本文提出了活性布朗粒子气液自由界面非平衡界面张力$γ_{\rm gl}$的微观理论。基本的平方梯度处理和分裂的力平衡的流量和结构的贡献是一般的,适用于非均匀的非平衡稳态。我们发现$γ_{\rm gl}\geq 0$,它反对Bialké等人的主张[Phys. Rev. Lett. $\bf{115}$,098301(2015)],并提供了在主动布朗动力学多体模拟中广泛观察到的界面稳定性的理论依据。
2020-01-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Test of the fluctuation theorem for stochastic entropy production in a nonequilibrium steady state
我们推导出一个简单的封闭的解析表达式的总熵产生沿单一的随机轨道上的布朗粒子扩散的周期势下的外部恒定的力量。通过数值模拟,我们计算的熵的概率分布函数和令人满意的测试塞弗特的积分涨落定理的基础上的许多预测。这个简单的模型的结果清楚地说明了实际的特点和影响来自这样一个结果的非平衡统计力学。
2006-12-11 cond-mat.stat-mech
Theory of Nonequilibrium Crystallization and the Phase Diagram of Active Brownian Spheres
University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室)
本文提出了一种统计力学模型,用于描述活性布朗粒子的非平衡结晶现象,并构建了其完整的相图。
2024-11-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Entropy power functional theory for Brownian many-body dynamics
Universität Bayreuth(拜罗伊特大学)
研究一般时空非平衡下成对相互作用多体系统的过阻尼布朗动力学,提出变分方案,通过联合自由功率最小化原理确定相关物理量,内在自由功率泛函分熵率与能量率,源于通用熵超功率泛函,由两个连续性方程完善动力学描述。
2026-07-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Intermittent resetting potentials
本文研究了一个布朗粒子在$X$形式的外约束势作用下的非平衡定态和首次通过性质。间歇性地应用潜力产生一个物理上现实的扩散过程与随机复位的起源,一个话题,最近吸引了相当大的兴趣,在各种理论背景下,但仍然具有挑战性的实验室实验中实施。本系统具有丰富的功能,没有观察到在以前的重置模型。相对于开关速率,粒子从电势最小值开始到达位于一定距离处的吸收目标所需的平均时间可以被最小化。当势强度$μ$在非平凡值上变化时,最优速率经历连续或不连续的转变。对于固定速率下的最佳强度,也观察到具有亚稳态行为的不连续转变。
2020-11-09 cond-mat.stat-mech
Dynamics of switching processes: general results and applications to intermittent active motion
本文研究具有动力学相切换的系统,推导粒子位置 Laplace 变换特征函数的精确表达式,并用于分析间歇性主动运动的有效扩散与空间累积量。
2024-12-04 cond-mat.stat-mech
Inertial Effects in Nonequilibrium Work Fluctuations by a Path Integral Approach
本文用路径积分方法讨论了有质量布朗粒子模型中使系统处于非平衡稳态的功涨落的惯性效应。我们计算了实验室和共动坐标系下的功分布函数,并证明了在任何初始条件下这些功的渐近涨落定理。在两个框架的工作波动之间的重要和可观察到的差异出现有限的时间,具体讨论了一个非平衡稳态的初始条件。我们还表明,对于有限次的时间振荡行为出现在质量大于非零临界值的工作分布函数。
2007-06-08 cond-mat.stat-mech
Lack of an equation of state for the nonequilibrium chemical potential of gases of active particles in contact
本文讨论了充满两个被势能垒隔开的小室的无相互作用的活性粒子气体中的非平衡化学势的概念。不同类型的活性粒子被认为是:运行和翻滚的粒子,活性布朗粒子,和活性布朗粒子与随机重定向沿外场。在回顾了一维情况下的一些分析结果后,我们着重讨论了二维情况,并得到了上述三种活动粒子模型在快速重取向动力学极限下的密度分布的微扰表达式。从整个体系的定态概率分布出发计算接触非平衡体系的化学势--这与最近提出的接触非平衡体系化学势的一般定义是一致的--我们一般发现化学势缺少状态方程,在这个意义上,它取决于分隔隔间的势能势垒的详细形状,而不仅仅取决于与平衡不一致的整体性质。这种情况使人想起主动系统中机械压力的性质。我们还认为,麦克斯韦关系不再有效,不能用来推断非平衡化学势的机械压力的知识。
2018-12-14 cond-mat.stat-mech
Geometric Brownian motion with intermittent entries and exits
Indian Statistical Institute(印度统计研究所);Ss. Cyril and Methodius University in Skopje(斯科普里西里尔和美多德大学);University of Corvinus, Budapest(布达佩斯科尔温大学);The Institute of Mathematical Sciences(数学科学研究所);Homi Bhabha National Institute(霍米·巴巴国家研究所);Macedonian Academy of Sciences and Arts(马其顿科学与艺术学院);Institute of Physics, Faculty of Natural Sciences and Mathematics, Ss. Cyril and Methodius University(西里尔和美多德大学自然科学与数学学院物理研究所);Korea University(韩国大学)
本文研究了一种扩展的几何布朗运动框架,结合了新单位的进入和当前人口的退出机制,扩展了早期的随机重置模型,其中这些速率被视为相同。该模型捕捉了许多经济可观测特征,可以解释为市场驱动的企业进入/退出、工人流入/流出以及收入增长/损失。该模型非保守,尽管进入和退出速率存在不对称性,但系统最终会趋于平稳分布。此外,我们的分析揭示了分布矩的三个不同动态制度,源于波动性、漂移、进入和退出速率之间的相互作用。我们进一步推导了生存概率和与观察变量达到特定阈值相关的平均首次通过时间,与竞争的进入-退出过程相关。有趣的是,我们发现了一个最优的退出速率,该速率最小化了平均首次通过时间,为如何通过进入和退出政策影响系统结果提供了见解。这些结果应有助于理解其中增长、波动性、进入和退出共同塑造异质单位演变的经济系统的长期行为。
2026-05-17 cond-mat.stat-mech econ.GN q-fin.EC
Steady-State Equilibrium and Nonequilibrium Noisy Network Dynamics
National Central University(国立中央大学);National Center for Theoretical Sciences(国家理论科学中心)
研究网络在稳定无噪声稳态附近的涨落动力学,识别非平衡动力学的起因,推导平衡条件,分析非平衡稳态(NESS)动力学,并建立与过阻尼布朗动力学的联系。
2026-06-09 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Brownian motion beyond the effective temperature
热平衡条件简化了波动的理论处理,如在著名的爱因斯坦的布朗运动的迁移率和扩散率之间的关系中发现的。最近的几个理论放宽了热平衡的假设,导致至少两个主要的情况。对于分离良好的时间尺度,如在老化的玻璃体系中,平衡涨落耗散定理适用于每个尺度,并具有其自己的“有效”温度。对于混合时间尺度,例如在活性或颗粒流体或湍流中,温度不再是明确定义的,波动的动力学性质完全显现,并且适用广义波动耗散定理(GFDT)。在这里,我们研究实验的混合时标制度,通过研究波动和线性响应的布朗运动的旋转入侵者沉浸在振动流化颗粒介质。增加填充分数,该系统从一个稀单时间尺度政权走向一个更密集的多时间尺度阶段。爱因斯坦的关系在前者中成立,在后者中被违反。这种违反不能用有效温度来解释,而GFDT能够将其归因于入侵者与周围流体之间的强耦合的出现。直接的实验测量证实了当密度增加时系统中空间相关性的发展。
2014-04-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase coexistence of active Brownian particles
我们研究运动诱导的相分离的活性布朗粒子,这是建模为纯粹的排斥球,由于一个恒定的游泳力与自由扩散的方向移动。本文在幂函数概念的基础上发展了非平衡相共存和界面结构的分析理论。理论预测验证布朗动力学计算机模拟。我们发现,内部的单体力场有四个非平衡的贡献:(i)各向同性阻力和(ii)界面阻力对向前运动,(iii)超绝热球压力梯度和(iv)安静的生活梯度力。内禀球面压力与自由界面极化产生的游动压力相平衡。由于密度分布的不均匀性,静生命力与绝热力相反。静态寿命和绝热力的平衡通过两个体态函数的相等性来确定体共存,这与界面贡献无关。内力场是依赖于密度和电流的运动泛函,但与外力和游动力无关,与幂函数理论一致。相变起源于非平衡排斥,与敏捷的气体是更排斥比安静的液体。
2019-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Scaled Brownian motion with renewal resetting
本文研究了一个间歇随机过程,其中扩散系数随时间变化的扩散运动$D(t) \sim t^{α-1}$与$α> 0$(标度布朗运动)被随机重置到其初始位置,并重新开始。\color{black}在目前的工作中,我们讨论的情况下,在复位时的扩散系数的值的存储器被擦除,使整个过程是一个完全更新的。在本系列的其他工作中考虑了坐标重置不影响扩散系数时间依赖性的情况。我们表明,在这样的过程中(擦除或保留记忆的扩散系数)的概率密度的属性是非常不同的。此外,我们还讨论了具有更新重置的标度布朗运动的首次通过性质,并考虑了搜索效率对过程参数的依赖性。
2019-05-25 cond-mat.stat-mech
Effective diffusion of Brownian motion in spatially quasi-periodic noise
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
本研究提出了一种统一处理周期性和准周期性系统中布朗运动有效扩散的框架,通过引入空间准周期噪声并检验不同随机解释,扩展了Lifson公式在非周期性势场中的适用性。
2026-01-21 cond-mat.stat-mech
A Generalized Smoluchowsky Equation: The Hydrodynamical and Thermodynamical Picture of Brownian Motion
本文给出了Kramers方程在高摩擦极限下的系统展开式。后者是扩展内的运营商连分数计划。相关的运营商包括时间和空间的衍生物和一个协变的衍生物或类似的运营商的势能。简单地说,一阶项产生Smoluchowsky方程。二阶项很容易得到,称为修正的Smoluchowsky方程。进一步的条款计算紧凑和直接的方式。作为应用,给出了一维布朗运动的非平衡热力学和流体动力学格式。
2000-04-03 cond-mat.stat-mech
Microreversibility and driven Brownian motion with hydrodynamic long-time correlations
在布朗运动的流体力学理论中,建立了外力驱动下胶体粒子的非平衡涨落定理,描述了速度自相关函数的t^(-3/2)幂律衰减等流体力学记忆效应.对于颗粒和流体之间的滑移边界条件的一般情况,得到了广义朗之万方程。推导了粒子在位置-速度空间中演化的高斯概率分布。证明了尽管广义朗之万过程具有非马尔可夫性质,但正向路径和逆时路径的联合概率分布具有仅依赖于外力做功和流体温度的比值.
2019-03-28 cond-mat.stat-mech
Shortcuts to isothermality and nonequilibrium work relations
在传统的热力学中,人们普遍认为,系统的等温过程的实现需要准静态控制协议。本文提出并设计了一种实现从一个平衡态到另一个具有相同温度的平衡态的有限速率等温转变的策略,称为等温捷径。利用STI,我们意外地导出了三种非平衡功关系,包括自由能差与原系统势能平均功之间的恒等式,广义Jarzynski等式,以及不可逆功与总驱动时间之间的反比关系.我们数值证实了这三个关系,考虑运动的布朗粒子被困在一个谐波势和拖动的含时力。
2017-07-19 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium statistical mechanics of swarms of driven particles
作为细胞和有机体集体运动的一个粗略模型,我们在这里发展了自推进粒子群的统计力学。我们的方法与最近发展的主动布朗运动理论和正则耗散系统理论密切相关。研究了群体在外场中的自由运动和运动。简要地情况下的粒子被限制在一个环和相互作用的排斥力进行了研究。在更详细的研究中,我们调查的Morse型吸引力的自约束。我们从N = 2开始,讨论吸引子和分布函数,然后讨论N > 2的情况。对主动布朗粒子群与Morse力相互作用的几种动力学模式进行了模拟。特别是我们研究的旋转,漂移,波动的形状和团簇形成。
2003-07-11 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Strong anomalous diffusion in two-state process with Lévy walk and Brownian motion
在复杂的物理和生物系统中经常观察到强烈的反常扩散现象,通过测量绝对$q$阶矩$\langle |x|^q\rangle$,可以得到指数$qν(q)$的非线性谱。研究了一类具有Lévy行走和布朗运动的两态过程的强反常扩散行为,该过程通常是一个间歇搜索过程.在Lévy行走和布朗阶段的逗留时间被视为指数分别为$α_+$和$α_-$的幂律分布。对该系统中三种标度共存的情况进行了详细的标度分析。与单纯的Lévy行走不同,即使Lévy行走相位的分布指数满足$α_+<1$,只要$α_-<α_+$ .当$α_+<2$时,由于在布朗相中的停留时间较长,中心部分的概率密度函数(PDF)变为拉伸的Lévy分布和高斯分布的组合,而尾部(在弹道标度中)的PDF仍由Lévy行走的无穷大密度控制。
2019-10-25 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium steady state thermodynamics and fluctuations for stochastic systems
我们利用对系统所做的功和从系统中移走的热量来维持系统处于非平衡稳态,从而对这样的系统及其涨落进行类似于图解的描述。基于广义Onsager-Machlup理论的非平衡稳态,我们指出两个模糊的,不存在于平衡态,在定义这样的工作和热量:一个是由于非唯一性的时间反演程序和另一个由于多种可能性,以分离成工作和能量差的热在非平衡稳态。因此,对于这样的系统,功和热满足热力学第一和第二热力学定律以及它们的涨落定理的多个版本。唯一的定律和关系似乎只有在具体定义的系统中才能得到,用物理参数来选择相关的物理量。这在许多系统上得到了说明,包括电场中的布朗粒子、驱动扭转摆、电路和由温度差驱动的能量传递。
2007-08-24 cond-mat.stat-mech
Physical insight into the thermodynamic uncertainty relation using Brownian motion in tilted periodic potentials
使用布朗运动的周期性势$V(x)$倾斜的力$f$,我们提供了物理洞察热力学不确定性关系,最近提出的统计误差和不可逆的非平衡稳态热耗散的原则。根据该关系式,耗散过程产生的非平衡输出必然引起能量成本或热耗散$q$,并且为了将输出波动限制在相对不确定性$ε$内,至少必须耗散$2k_BT/ε^2$的热。我们的模型表明,这个绑定不仅在接近平衡($f\ll V'(x)$),但也在远离平衡$(f\gg V'(x))$,更一般地说,当耗散的热量是正态分布。在临界力附近,当势阱之间的势垒即将消失时,能量消耗最大,布朗粒子的涨落最大。这些结果表明,热分布偏离高斯性导致了不确定关系的不等式,进一步阐明了不确定关系的含义。我们的不确定性关系的推导也认识到一个新的约束的非平衡波动的方差耗散热($σ_q^2$)增加其平均值($μ_q$),不能小于$2k_BTμ_q$。
2017-07-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Nonequilibrium dynamics and entropy production of a trapped colloidal particle in a complex nonreciprocal medium
本文研究了受剪切流驱动且处于非互易记忆介质中的陷俘Brownian粒子的二维运动,发现当剪切率超过临界值时系统会从稳态转变为非稳态并逃逸陷阱,且跨越稳定性阈值时熵产生率保持有限。
2024-04-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Green-Kubo relations for hydrodynamic transport from an equilibrium-like fluctuation-response equality
在接近平衡时,格林-久保关系式用平衡关联函数提供了宏观输运系数的微观表达式。在其核心,它们是基于反应和波动之间的密切关系,体现在平衡波动耗散定理,一个连接一般打破远离平衡。在这项工作中,我们确定了一类扰动,其响应周围远离平衡的稳态是连接到稳态关联函数通过平衡的波动响应等式。然后,我们利用这个预测,以充实线性化的流体动力学输运方程,描述如何在宏观非平衡系统的空间不均匀性放松。因此,我们推导出两种类型的流体动力学变量的输运系数的非平衡格林-久保关系:局部守恒密度和对称性破缺模式。这项工作的一个副产品是提供一个理论基础的有效性Onsager的回归假设周围的非平衡稳态。我们的预测分析和数值证实了两个模型系统:密度扩散在流体中的软,球形活性布朗粒子和相扩散在嘈杂的仓本模型上的正方形晶格。
2021-11-02 cond-mat.stat-mech
Many faces of nonequilibrium: anomalous transport phenomena in driven periodic systems
我们考虑一个非平衡条件下运行的通用系统。解释,我们考虑一个惯性经典布朗粒子居住的周期性结构与空间破缺的反射对称。该粒子耦合到温度为$T$的浴中,并由无偏的时间周期力驱动。在渐近长时间制度的粒子作为一个布朗电机表现出有限的定向运输,虽然没有净偏置力作用于系统。在这里,我们回顾和进一步详细解释最近自己的研究这种设置的特殊运输行为。主要的焦点放在那些不同的新兴布朗扩散异常。特别是,在瞬态,时间依赖域的粒子是能够表现出异常的扩散运动,最终跨越到正常扩散只有在渐近长时间限制。在后一极限中,该正常扩散系数甚至可以显示非单调的温度依赖性,这意味着它不是随着温度的增加而单调增加,而是可以在随着温度的增加再次增长之前表现出扩展的中间最小值。
2020-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On asymptotic behavior of work distributions for driven Brownian motion
本文提出了一个简单的猜想,给出了受迫过阻尼布朗运动的功分布渐近行为的函数形式。这一猜想的动机是,这些功能形式是独立的速度的驱动所有的潜力和协议,其中明确的解析解的工作分布已在文献中导出。为了验证这个猜想,我们使用布朗动力学模拟和最近的理论开发的恩格尔和尼克尔森(EN理论),这是基于大偏差理论的收缩原理。我们的测试表明,该猜想是有效的限制等于或弱于抛物线的潜力,无论是平衡和非平衡分布的初始粒子位置。此外,我们获得了一个新的解析解的渐近行为的V-势的应用EN理论,我们将此理论推广到非平衡的初始粒子位置。
2015-11-03 cond-mat.stat-mech
Brownian motion with stochastic energy renewals
本文研究动能被随机重置的布朗粒子,揭示非 Boltzmann 分布、形状转变与非单调扩散,并通过涨落-响应和 Harada-Sasa 关系刻画非平衡耗散。
2025-06-10 cond-mat.stat-mech
A mean-field model of intermittent particle transport and its quasi-steady-state approximation
我们提出了一个平均场模型的间歇性粒子传输,其中一个粒子可能是在两个阶段之一:第一个是主动(弹道)阶段,当一个粒子在某个方向上以恒定的速度运行,第二个是被动(扩散)阶段,当粒子自由扩散。质点可以瞬间改变运动的相位。当粒子处于活性相时,过渡到惰性相的速率通常取决于从运行开始的时间,因此自由程的分布不是指数的。当粒子处于被动相时,跃迁速率是常数,扩散是非反常布朗扩散。
2017-10-22 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.QM
Observation of Super-ballistic Brownian Motion in Liquid
Department of Physics, The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校物理系)
研究通过条件初始速度揭示液态中布朗运动的超球状特性,理论与实验验证了均方位移随时间t^(5/2)增长。
2026-02-06 cond-mat.stat-mech
Reducing mean first passage times with intermittent confining potentials: a realization of resetting processes
在随机搜索期间,不时地将搜索者的位置重置到起始点通常会减少该过程的平均完成时间。虽然在过去的十年中已经研究了许多不同的重置模型,但只有少数可以实际实现。在这里,我们从理论上研究的协议,可以实现实验,并表现出不寻常的优化性能。布朗粒子受到任意约束势$v(x)$的作用,该势以固定的速率间歇地打开和关闭。运动被约束在位于原点的吸收壁和反射壁之间。当墙是足够远的距离,在“关”的阶段和吸引力之间的相互作用的自由扩散的潜在的最小值在“开”的阶段引起丰富的行为,没有观察到在理想的重置模型。对于形式为$v(x)=k|x-x_0|^n/n$的电势,随着$k$的变化,使到原点的平均首次通过时间(MFPT)最小化的接通和关断速率经历连续的相变。当$k$高于一个临界值$k_c$时,潜在的不稳定性增强了目标遭遇:最小的MFPT低于Kramer时间,并且是针对一对非零的切换率而获得的。我们专注于谐波的情况下$n=2$,推广以前的结果分段线性潜力($n=1$)在无界区域。我们还研究了在这个过程中出现的非平衡定态。
2022-07-28 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Transport Characteristics of substances in a Rough Potential Field
提出 Langevin 方程描述无偏周期力驱动下过阻尼 Brownian 粒子在粗糙势中的输运,经 Kramers-Moyal 展开转化为 Fokker-Planck 方程,揭示了概率流的不同模式及其受粗糙度与噪声影响的转换规律。
2022-03-06 cond-mat.stat-mech
Autonomous Brownian gyrators: a study on gyrating characteristics
本文基于Fokker-Planck方程,研究了二维布朗回转器在谐势和非谐势作用下的非平衡稳态动力学,其中非谐势为双势阱和各向同性四次势.特别是,我们报告了两个简单的方法,可以帮助理解旋转模式。对于调和势,我们利用Fokker-Planck方程来考察NESS的动力学特性,即,NESS电流沿等概率等值线旋转,且流动的稳定点与潜在最小值重合。作为对比,我们的非调和势的NESS结果表明,这些属性在很大程度上是不存在的,因为旋转模式是从相应的概率分布的那些不同。此外,我们观察到一个关键的情况下的双阱电位,其中的谐波贡献的回旋图案变得缺席,和NESS电流不循环的等概率轮廓附近的潜在的最小值,即使在低温下。
2021-02-18 cond-mat.stat-mech