局所平衡を大きく破る現象に対する統計理論の測定量関係式からの構築

从显着违反局部均衡现象的被测量关系表达式构建统计理论

• 批准号: 05J11222
• 负责人: 林 久美子
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Waseda University (2006)The University of Tokyo (2005)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J11222/
• 关键词: 非平衡統計力学; 揺動散逸定理; コロイド粒子; タンパク質; 小さい非平衡系; 非平衡定常状態; 揺動散逸関係式の破れ; ランジュバンモデル

近年、操作および観測技術の向上により、DNAやRNA、タンパク質、コロイド粒子などのマイクロメートルオーダーの系で1分子の統計性質を調べる実験が盛ん行われている。このような揺らぎの大きい小さな系で不可逆仕事から自由エネルギーを評価するJarzynski等式やエントロピー生成の関係式であるfluctuation theoremが実験で検証されてきた。これらの関係式は非平衡統計力学の代表的な揺らぎの関係式であり、近年の小さな系の実験の進歩と非平衡統計力学の進歩は切り離せない関係にある。申請者はこのような関係式を利用して、コロイド粒子や生体高分子を研究した。小さい系の代表であるコロイド粒子の運動は確率過程で記述される。申請者はコロイド粒子が外力に駆動されるというランジュバンモデルの解析を行い、非平衡定常状態の統計性質を調べてきた。例えば、強い非平衡定常状態では揺動散逸関係式が破れることが知られている。この平衡状態近傍では見られない現象である「揺動散逸関係式の破れ」を熱力学・統計力学の視点からどのように特徴づけるかを確率過程解析、摂動論および数値実験を用いて研究してきた。コロイド粒子より複雑な構造をもつタンパク質は、緩和の遅いガラスとして非平衡状態になりうる。申請者はタンパク質の数値実験を行い、タンパク質のガラス的性質を研究している。粒子が外力に駆動されるような非平衡定常状態だけでなく、緩和の遅いガラスも非平衡状態にあるので揺動散逸関係式は破れる。構造ガラスやスピングラスで有名な揺動散逸関係式の破れという現象をタンパク質モデルで報告し、ガラスとタンパク質の研究の橋渡しをした。申請者等はミオシン分子のモデルにおいて頭と尻尾で揺動散逸関係式の破れ方が異なることに注目し、この観点からミオシン分子の頭で起こる分子モーターのエネルギー貯蓄機構について議論した。

Technology in recent years, operating お よ び 観 test の upward に よ り や RNA, DNA, タ ン パ ク qualitative, コ ロ イ ド particle な ど の マ イ ク ロ メ ー ト ル オ ー ダ ー の is の で 1 molecules statistical properties を adjustable べ る be 験 が line sheng ん わ れ て い る. こ の よ う な 揺 ら ぎ の big き い small さ で な department not reversible shi か ら free エ ネ ル ギ ー を review 価 す る Jarzynski equation や エ ン ト ロ ピ ー generated の masato system type で あ る fluctuation, unseen が be 験 で 検 card さ れ て き た. こ れ ら の masato system type は non-equilibrium statistical mechanics の represent な 揺 ら ぎ の masato system type で あ り, in recent years, small の さ な is の be 験 の into step と non-equilibrium statistical mechanics の cut into step は り from せ な い masato is に あ る. The applicant <s:1> <s:1> ような ような is related to を using <s:1> て and コロ ド ド particles や biopolymer を to study た た. The small さ さ system <e:1> represents the であるコロ ド ド ド particle <s:1> motion <s:1> accuracy process で description される. Applicants は コ ロ イ ド particle が force に 駆 dynamic さ れ る と い う ラ ン ジ ュ バ ン モ デ ル の analytic を い, non-equilibrium stationary state statistical properties を の adjustable べ て き た. For example, えば, in a strong えば non-equilibrium steady state で, the dispersion relation is が. By breaking れる る とが, we can know られて る る. こ の balance nearly alongside で は see ら れ な い phenomenon で あ る "揺 dynamic dissipation masato is の broken れ" を thermodynamics, statistical mechanics の viewpoints か ら ど の よ う に, 徴 づ け る か を probabilistic parsing process, dynamic theory, お よ び the numerical be 験 を with い て research し て き た. コ ロ イ ド particle よ り complex 雑 な tectonic を も つ タ ン パ ク は, moderate の 遅 い ガ ラ ス と し て non-equilibrium state に な り う る. Applicants は タ ン パ ク qualitative の the numerical be 験 を い, タ ン パ ク qualitative の ガ ラ ス を study the properties of し て い る. Particle が force に 駆 dynamic さ れ る よ う な non-equilibrium stationary state だ け で な く, moderate の 遅 い ガ ラ ス も non-equilibrium state に あ る の で 揺 dynamic dissipation masato system type は broken れ る. Tectonic ガ ラ ス や ス ピ ン グ ラ ス で famous な 揺 dynamic dissipation masato system type の broken れ と い う phenomenon を タ ン パ ク qualitative モ デ ル で report し, ガ ラ ス と タ ン パ ク qualitative research の の crossing し を し た. Applicants such as は ミ オ シ ン molecular の モ デ ル に お い て head と tajiri tail で 揺 dynamic dissipation masato system type の broken れ party が different な る こ と に attention し, こ の 観 point か ら ミ オ シ ン molecular の head で up こ る molecular モ ー タ ー の エ ネ ル ギ ー case-dough institutions に つ い て comment し た.

项目成果

The law of action and reaction for the effective force in a non-equilibrium colloidal system

• DOI: 10.1088/0953-8984/18/10/008
• 发表时间: 2006-03-15
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER
• 影响因子: 2.7
• 作者: Hayashi, K;Sasa, S
• 通讯作者: Sasa, S

Linear response theory in stochastic many-body systems revisied

随机多体系统中的线性响应理论的修订

• 发表时间: 2006
• 期刊: Physica A : Statisfxal and Theoritical Physics 370
• 作者: Kumiko Hayashi;Shin-ichi Sasa
• 通讯作者: Shin-ichi Sasa

Extended Einstein relations with a complex effective temperature in a one-dimensional driven lattice gas

一维驱动晶格气体中复杂有效温度的扩展爱因斯坦关系

• 发表时间: 2005
• 期刊: Phys.Rev.E 71
• 作者: K.Hayashi;S.Sasa
• 通讯作者: S.Sasa

Fluctuation-dissipation relations outside the linear response regime in a two-dimensional driven lattice gas along the direction transverse to the driving force

二维驱动晶格气体中沿驱动力横向方向的线性响应范围之外的涨落-耗散关系

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physical Review E 72
• 作者: Kumiko Hayashi;Shin-ich Sasa;Kumiko Hayashi
• 通讯作者: Kumiko Hayashi