Topological control and topological phenomena of active matter

活性物质的拓扑控制和拓扑现象

• 批准号: 20K14426
• 负责人: 西口 大貴
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14426/
• 关键词: アクティブマター; 集団運動; アクティブ乱流; カオス; バクテリア; 高次元力学系; 非平衡物理学; 生物物理学; バクテリア乱流; トポロジカル物性; 非平衡統計力学

まず、昨年度に引き続き、バクテリア数密度の時空間的なゆらぎを検出する手法の検討を進めた。新たな共焦点顕微鏡の導入により、バクテリア数密度の可視化をより効率的におこなえるようになった。この実験系において、十分な蛍光強度でかつ光毒性や褪色が少なく長時間観察できる実験条件の検討を進め、外部からの染色や各種蛍光タンパク質発現株を試した結果、望ましい実験条件を見出すことができた。同時におこなっていた、アクティブ乱流の境界条件の詳細な理解のための単体のバクテリアにおける遊泳と障害物の相互作用の空間次元依存性の実験については、流体数値計算を加えることで論文としてまとめ、出版された。また、実験の撮影条件の検討等と並行して、実験系の設計をおこなうための数値計算コードの改良をおこなった。GPUベースで高速な数値計算が可能なコードを開発した結果、アクティブ乱流の障害物や壁の存在下での振る舞いを速やかに予測し、実験系の設計のスループットを向上で愛することに成功した。この技術を活用することで、従来の手法では困難であった、円形領域内などの閉鎖系におけるアクティブ乱流の秩序状態の詳細を高解像度で捉えることができるようになった。特に、小さな半径の円形閉じ込め内でアクティブ乱流が秩序化し、安定な1つの渦を形成する状態から、半径を大きくしていくに従って渦が乱れて、最終的にバルクのアクティブ乱流へと至る道筋を詳細に調査した。結果、振動解やカオス解を行き来するリエントラント転移を示ししつつ乱流へと至るという現象を発見した。これは、慣性乱流などで知られているいずれの乱流化シナリオにも合致せず、また低次元力学系の言葉では説明できない、高次元力学系の未知の転移であることを、振動周期やLyapunov指数、周波数スペクトルなどの解析から明らかにした。本研究について論文化の準備をおこなった。

In the year of last year, the equipment used in digital density time and space was used to improve the performance of the equipment. The new confocal micro-device can change the numerical density of the data density. The temperature is very high, the light intensity is very high, the phototoxicity is very low, the temperature condition is very low, and the test results of all kinds of light emission test strains are monitored for a long time, and it is expected that the test results can be obtained under the condition of light intensity test. At the same time, it is important to understand the boundary conditions of turbulent currents, to understand the interaction of harmful substances in swimming, spatial dimensional dependence, fluid count calculation and publication. The equipment, video camera conditions, etc., and so on, are used in parallel, and the system is designed to calculate the number of computers. It is possible for GPU to perform a high-speed calculation. It is possible to do a good job in the calculation of the results of the high-speed calculation. In the presence of the turbulence barrier, the vibration dance, the speed, the speed, the In the field of technology, the use of information technology, information technology, equipment, technology, technology and technology. Special, small radius, small radius Results: the results show that the movement of the turbulence is due to be seen in the air. In the department of low-order mechanics, the Department of low-order Mechanics, the Department of higher-order Mechanics, the Department of High-order Mechanics, the Department of higher The purpose of this study is to discuss culture in preparation for the development of cultural studies.

项目成果

アクティブマターの物理学：集団運動の秩序・ゆらぎ・トポロジー

活性物质物理学：集体运动的秩序、涨落和拓扑

• 发表时间: 2020
• 作者: Iwata N.;Kemp A. J.;Wilks S. C.;Mima K.;Mariscal D.;Ma T.;Sentoku Y.;植松祐輝;谷茉莉，栗田玲;西口大貴
• 通讯作者: 西口大貴

アクティブマター物理学：集団運動の秩序, ゆらぎ, 波, かたち

活性物质物理学：集体运动的顺序、波动、波、形状

• 发表时间: 2022
• 作者: Tani Atusi;Tani Marie;西口大貴
• 通讯作者: 西口大貴

Novel boundary conditions and topology of bacterial turbulence

细菌湍流的新边界条件和拓扑

• 发表时间: 2020
• 作者: Daiki Nishiguchi;Andrey Sokolov;Henning Reinken;Sebastian Heidenreich;Markus Baer;Sabine H.L. Klapp;Igor Aranson;谷茉莉，栗田玲;向井啓祐，荻野靖之，松尾拓海，坂部俊郎，八木重郎，小林真，小川国大，磯部光孝，玉置真悟，村田勲;高田智史;野村悠祐;植松祐輝;Kyosuke Adachi;Daiki Nishiguchi
• 通讯作者: Daiki Nishiguchi

Algebraic correlations and anomalous fluctuations in ordered flocks of Janus particles fueled by an AC electric field

• DOI: 10.1103/physrevresearch.3.043104
• 发表时间: 2020-11
• 期刊: Physical Review Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: J. Iwasawa;Daiki Nishiguchi;M. Sano

東京大学理学部オープンキャンパス2022講演「泳ぐ微生物、泳ぐコロイド、そしてその群れを物理する」

东京大学理学院开放校园2022讲座“游泳微生物、游泳胶体及其群的物理学”