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非平衡条件下で駆動する粒子の運動法則と多体現象

Research Project

Project/Area Number 14J09915
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

西口 大貴  東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsアクティブマター / 自己駆動粒子 / 集団運動 / 非平衡物理学 / ゆらぎ / バクテリア / 非平衡統計力学 / 秩序形成 / コロイド / ヤヌス粒子
Outline of Annual Research Achievements

アクティブマターの集団運動の普遍的性質を追究するために、遊泳バクテリア懸濁液をモデル系として実験をおこなった。
昨年度までに実現に成功していた「バクテリア集団運動の長距離ネマチック秩序相」の解析を緻密化した。具体的には、この長距離秩序相が巨大な粒子数揺らぎを示すこと、そしてバクテリアの向きの空間相関関数が冪的な振る舞いを示すことを確認した。これにより、本実験系が、20年以上前に理論的に予言されていたクラスの集団運動の初めての実現であるという確証を得た。また、個々のバクテリアの衝突による相互作用を定量的に評価するために、希薄な条件下でのバクテリアの2体衝突イベントを多数撮影した。衝突前後のバクテリアの向きの変化の統計を、Boltzmann方程式を用いて定量的に解析した結果、2体衝突のレベルでは長距離秩序相への相転移は説明できず、高密度での多体衝突や連続的な衝突が重要であることが明らかとなった。これらの結果は投稿論文としてまとめ、Physical Review E誌に投稿し、Rapid Communicationとして掲載された。
この成果は、非平衡条件下で駆動する粒子の多体現象の代表例としての「アクティブマターの集団運動」に関する数多くの理論研究の実験的基礎となるものである。また、本実験系と既存の実験系や自然界の群れ運動を比較することで、その理論的普遍性が発現する必要条件を示唆することができたため、今後の理論研究や実験系の新たな設計指針・アイデアを与えることができた。
並行して、従来のバクテリアの実験系で得られていた「無秩序なバクテリア乱流」についても実験をおこない、わずかな拘束条件を課すことで、ある種の秩序を抜き出せることを実証した。
これらの結果として、バクテリア懸濁液をモデル系として、アクティブマターにおける秩序の発現とゆらぎについての理解を深化させることができた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (36 results)

All 2017 2016 2015 2014 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] CEA-Saclay(フランス)

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] 北京計算科学研究中心(中国)

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  • [Int'l Joint Research] Argonne National Laboratory(米国)

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  • [Int'l Joint Research] CEA Saclay(フランス)

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      2015 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] 北京計算科学研究中心(中国)

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      2015 Annual Research Report
  • [Journal Article] Long-range nematic order and anomalous fluctuations in suspensions of swimming filamentous bacteria,2017

    • Author(s)
      *Daiki Nishiguchi, Ken H. Nagai, Hugues Chate, and Masaki Sano,
    • Journal Title

      Physical Review

      Volume: E 95 Issue: 2 Pages: 20601-20601

    • DOI

      10.1103/physreve.95.020601

    • NAID

      130006245534

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Mesoscopic turbulence and local order in Janus particles self-propelling under an ac electric field2015

    • Author(s)
      Daiki Nishiguchi and Masaki Sano
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 92 Issue: 5 Pages: 052309-052309

    • DOI

      10.1103/physreve.92.052309

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 周期構造とバクテリア乱流の共鳴による渦格子形成と反強磁性秩序2017

    • Author(s)
      西口大貴,Andrey Sokolov,Igor S. Aranson
    • Organizer
      日本物理学会 第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • Year and Date
      2017-03-16
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 周期構造に出会ったバクテリア乱流の反強磁性渦格子形成2017

    • Author(s)
      西口大貴,Andrey Sokolov,Igor S. Aranson
    • Organizer
      アクティブマター研究会2017
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2017-01-20
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Long-range nematic order and anomalous fluctuations in suspension of swimming filamentous bacteria2016

    • Author(s)
      Daiki Nishiguchi, Ken H. Nagai, Hugues Chate, and Masaki Sano
    • Organizer
      Current and Future Perspectives in Active Matter
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2016-10-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] フィラメント状バクテリアの集団運動の示す長距離ネマチック秩序と巨大粒子数ゆらぎ2016

    • Author(s)
      西口大貴,永井健,Hugues Chate,佐野雅己
    • Organizer
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Long-range nematic order and anomalous fluctuations in 2D suspension of swimming filamentous bacteria2016

    • Author(s)
      Daiki Nishiguchi, Ken H. Nagai, Hugues Chate, and Masaki Sano
    • Organizer
      STATPHYS26 (the 26th IUPAP International conference on Statistical Physics)
    • Place of Presentation
      Lyon (France)
    • Year and Date
      2016-07-18
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      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Long-range nematic order and anomalous fluctuations in collective motion of filamentous bacteria2016

    • Author(s)
      Daiki Nishiguchi, Ken H. Nagai, Hugues Chate, and Masaki Sano
    • Organizer
      RIKEN-Osaka-OIST Workshop 2016 “Big Waves of Theoretical Science in Okinawa”,
    • Place of Presentation
      沖縄科学技術大学院大学(沖縄県国頭郡恩納村)
    • Year and Date
      2016-07-09
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Long-range nematic order and anomalous flucutations in suspensions of swimming filamentous bacteria2016

    • Author(s)
      Daiki Nishiguchi, Ken H. Nagai, Hugues Chate, and Masaki Sano
    • Organizer
      新学術領域「ゆらぎと構造の協奏」第3回領域研究会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-06-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Fluctuations and nematic order in collective motion of filamentous bacteria2016

    • Author(s)
      D. Nishiguchi, K. H. Nagai, M. Sano
    • Organizer
      American Physical Society March Meeting 2016
    • Place of Presentation
      Baltimore, USA.
    • Year and Date
      2016-03-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フィラメント状バクテリアの集団運動の統計力学的性質2015

    • Author(s)
      西口大貴,佐野雅己
    • Organizer
      第9回 物性科学領域横断研究会(領域合同研究会)
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2015-11-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Statistical properties of collective motion of filamentous bacteria2015

    • Author(s)
      西口大貴,永井健,佐野雅己
    • Organizer
      研究集会「生物流体における運動の諸相」
    • Place of Presentation
      京都大学数理解析研究所(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-10-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Giant Number Fluctuation in an Ordered State of Filamentous Bacteria2015

    • Author(s)
      D. Nishiguchi, K. H. Nagai, and M. Sano
    • Organizer
      DFG Priority Programme "From Single Particle Motion to Collective Behaviour" Microswimmers Summer School 2015
    • Place of Presentation
      Juelich, Germany.
    • Year and Date
      2015-09-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高アスペクト比のバクテリアのネマチックな集団運動2015

    • Author(s)
      西口大貴,佐野雅己
    • Organizer
      日本物理学界 2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Collective Motions of High Aspect Ratio Bacteria2015

    • Author(s)
      D. Nishiguchi and M. Sano
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-08-20
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collective Motions of High Aspect Ratio Bacteria2015

    • Author(s)
      D. Nishiguchi and M. Sano
    • Organizer
      Yukawa International Seminar 2015 (YKIS2015): New Frontiers in Non-equilibrium Statistical Physics 2015
    • Place of Presentation
      京都大学基礎物理学研究所(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-08-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collective Motions of High Aspect Ratio Bacteria2015

    • Author(s)
      D. Nishiguchi and M. Sano
    • Organizer
      Japan-France Joint Seminar "New Frontiers in Non-equilibrium Physics of Glassy Materials"
    • Place of Presentation
      京都大学基礎物理学研究所(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-08-11
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フィラメント状バクテリアのネマチックな集団運動2015

    • Author(s)
      西口大貴,佐野雅己
    • Organizer
      第 14 回関東ソフトマター研究会
    • Place of Presentation
      慶応大学(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2015-08-08
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Collective Motions of Spherical Janus Particles and High Aspect Ratio Bacteria2015

    • Author(s)
      D. Nishiguchi and M. Sano
    • Organizer
      Beijing Computational Science Research Center Spring School on Active Matter
    • Place of Presentation
      Beijing, China.
    • Year and Date
      2015-05-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collective Motions and Nematic Ordering of filamentous E. coli2015

    • Author(s)
      Daiki Nishiguchi and Masaki Sano
    • Organizer
      Physics of Structural and Dynamical Hierarchy in Soft Matter
    • Place of Presentation
      東京大学(東京)
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-17
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 高アスペクト比の大腸菌の集団運動2015

    • Author(s)
      西口大貴,佐野雅己
    • Organizer
      学術領域「ゆらぎと構造の協奏」研究会「アクティブ・マター研究の過去・現在・未来」
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県)
    • Year and Date
      2015-03-14 – 2015-03-15
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Collective Behaviors of Spherical Janus Particles and Elongated Bacteria2015

    • Author(s)
      Daiki Nishiguchi and Masaki Sano
    • Organizer
      Kyoto Winter School for Statistical Mechanics: from non-equilibrium fluctuations to active matter
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府)
    • Year and Date
      2015-02-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of Aspect Ratio on Collective Behaviors: Spherical Colloids and Elongated Bacteria2015

    • Author(s)
      Daiki Nishiguchi and Masaki Sano
    • Organizer
      International Conference on Mathematical Modeling and Applications 2014 "Crowd Dynamics"
    • Place of Presentation
      明治大学(東京都)
    • Year and Date
      2015-01-11
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 細長い大腸菌の集団運動と個々の運動2014

    • Author(s)
      西口大貴,佐野雅己
    • Organizer
      新学術領域「ゆらぎと構造の協奏」領域横断研究会「細胞力学と細胞運動の協奏」
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県)
    • Year and Date
      2014-12-19 – 2014-12-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] アスペクト比と集団運動 -ヤヌス粒子と細長い大腸菌-2014

    • Author(s)
      西口大貴,佐野雅己
    • Organizer
      新学術領域「ゆらぎと構造の協奏」第2回領域研究会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道)
    • Year and Date
      2014-08-30
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] アスペクト比の異なる自己駆動粒子の集団運動の比較2014

    • Author(s)
      西口大貴,佐野雅己
    • Organizer
      第13回関東ソフトマター研究会
    • Place of Presentation
      首都大学東京(東京都)
    • Year and Date
      2014-08-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 細長い大腸菌とヤヌス粒子の作るアクティブ乱流2014

    • Author(s)
      西口大貴,佐野雅己
    • Organizer
      第59回物性若手夏の学校
    • Place of Presentation
      浜名湖ロイヤルホテル(静岡県)
    • Year and Date
      2014-07-31 – 2014-08-01
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] みずから動く非対称な粒子の作り出す乱流構造2014

    • Author(s)
      西口大貴,佐野雅己
    • Organizer
      第59回物性若手夏の学校
    • Place of Presentation
      浜名湖ロイヤルホテル(静岡県)
    • Year and Date
      2014-07-31
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Book] 自己駆動粒子の集団運動 -群れから始まる非平衡統計力学-(数理科学 2016 年 1 月号)2016

    • Author(s)
      西口大貴,佐野雅己
    • Total Pages
      6
    • Publisher
      サイエンス社
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Remarks] 物理チャレンジOPの博士論文 「群れの秩序とゆらぎ」JPhO News Letter 17号

    • URL

      http://www.jpho.jp/2017/JPhO-NewsLetter-17-201703-HighReso.pdf

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] 個人のwebページ(Daiki Nishiguchi's web page)

    • URL

      https://sites.google.com/site/daikinishiguchi/

    • Related Report
      2015 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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