Effective active stress in collective behaviours of active matters

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アクティブマターは、エネルギー注入による粒子や細胞の自発的な運動や変形のメカニズムや、非平衡状態で多数の自己駆動粒子が示す集団運動の解明を目指す分野である。細胞や細菌の集団挙動の理解や、最近では、Janus粒子やパッチ粒子を用いて人工的に作製されたコロイド粒子の動的な凝集構造の理解や応用などの研究が行われている。前年度までに、集団運動中の細菌の拡散と応答の解析を行い、実験結果との比較を行ってきた。本年度も継続して、VicsekモデルとActive Brownian粒子、そして流体相互作用を模した長距離の回転相互作用を入れたモデルで、集団運動における拡散係数と応答係数の解析を行った。特に、モデルの重要なパラメーターであるPeclet数や配向相互作用の強さを変化させることによって拡散係数や応答がどのように変化するのかを調べた。また、配向の時間変化に対して慣性の効果を取り入れその効果を調べた。拡散係数については、実験で観測されている密度に対してピークを持つことが、Peclet数に依存していることを明らかにし、実験の条件に近い値でピークが出ることが分かった。また、外力を加えた時に応答に関しては、配向相互作用が強ければ、Peclet数にあまり依存せずに高密度になるに従ってより大きな応答を示すことを明らかにした。これは、平均場近似的には配向相互作用が密度依存性を持つことよって説明することができた。細菌を用いた実験結果でも、密度に対して応答係数が単調に増加することが観測されている。慣性の効果は、応答の密度依存性を定性的には変えないが、運動の軌道やノイズ依存性を実験結果と合わせるには必要であることも分かった。これらの結果は理論と実験との比較を含めて論文として投稿し、現在査読コメントに対応している途中である。