2018 Fiscal Year Annual Research Report
Nonlinear effect of nonequilibrium fluctuations and mesoscopic models
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15K05196
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
中川 尚子 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (60311586)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 非平衡 / 粗視化 / 方向性ブラウン運動 / 有効ランジュバン方程式 / 大域熱力学 / 変分原理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体分子の機能の現れ方のひとつとして生体内でよく観察される方向性ブラウン運動についての研究を行った。現状では、平衡状態で正当化される方程式を適用外である非平衡現象に適用し、生体分子のダイナミクスを模倣するにとどまる現象論的記述が行われることが多い。生体分子機能の解明のためには、正しく定式化された方程式は方向性ブラウン運動という機能のまさに核心部分を表現するはずだが、これを得るための系統だった方法論は未知である。そこで、ファインマンラチェットと熱伝導下レイリーピストンという方向性ブラウン運動を生む二つの古典的モデルを取り上げ、それぞれのモデルについて粗視化ダイナミクスを再現する有効ランジュバン方程式を同定した。特に後者は平衡状態での知識からは得られない方程式と見なせ、今後の研究展開が期待できる結果となった。前者の結果はPhysical Review E 誌に掲載され、後者については物理学会で成果発表を行った。現在、英語論文として出版するための査読を受けている最中である（ arXiv:1904.07033 で公開中）。
また、前年度に引き続き非平衡定常状態についての熱力学形式の研究を発展させた。研究代表者が考案した大域温度は非平衡定常状態決定のための変分原理や大域的な熱力学構造をもたらし、これまで見過ごされて来た非平衡状態についての新たな知見をもたらし得る。これを体系だて、また実験研究が可能なように成果を整えた。研究成果の最新のものは物理学会で発表し、また、カナダの国際研究会で招待講演を行った。現在、大域的な熱力学形式について系統的に報告するための論文を執筆中である。
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