Search for universality in nonequilibrium cooperative phenomena using adherent cultured cells

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細胞集団のようにエネルギーを利用して自ら運動する要素の集団はアクティブマターと呼ばれ、典型的な非平衡多体系として近年盛んに研究が進められている。本研究課題では、異なる非平衡系の間の関係にも注目することで、非平衡協同現象の普遍的性質の解明に取り組んでいる。昨年度は、接着細胞集団を単純化したモデルとしてアクティブ格子ガスを考え、細胞の接着基板などによって自己駆動の向きに空間的異方性が生じると協同現象が大きく変化し、密度の長距離にわたる相関や異方的な相分離などが起こりうることを提案した。当該年度は、より自然なモデルとして連続空間を動く粒子のモデルであるアクティブブラウン粒子を考え、空間的異方性がある場合に同様の協同現象の変化が起こるかどうかを調べた。まず、シミュレーションの結果から、アクティブ格子ガスとよく似た性質が現れることがわかり、空間異方性の効果の一般性が示唆された。さらに、アクティブモデルB+と呼ばれるアクティブマターの連続場モデルのシミュレーション・平均場解析を行い、アクティブマター特有のミクロ相分離が異方性によって抑制され、別の非平衡多体系である外場駆動系の引力誘起相分離と同じタイプのマクロ相分離が安定化されることがわかった。よりマクロな非平衡系として、進化や生態の個体群ダイナミクスを考え、非平衡物理学で発展してきた速度限界の考え方を応用することで、非線形な個体群ダイナミクスにおける速度限界を表す不等式を示した。特に、非線形ダイナミクスに特有の分岐現象の臨界点付近に注目して速度限界不等式を応用することで、臨界点付近で緩和が遅くなる現象（臨界緩和）を特徴づける指数に関する普遍的な不等式を導出した。