2020 Fiscal Year Research-status Report
Search for universality in nonequilibrium cooperative phenomena using adherent cultured cells
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20K14435
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
足立 景亮 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (40849626)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アクティブマター / 非平衡相転移 / 細胞集団運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非平衡状態の共同現象において、平衡相転移で見られるような普遍性が現れるのかどうかは、いくつかの例を除いて明らかになっていない。本研究では、培養細胞集団を実験対象として、理論的考察や数値シミュレーションも用いることで、多角的に非平衡共同現象の普遍性を調べる。これまで、主に理論・シミュレーションを用いて非平衡共同現象の性質の解明に取り組んだ。
（１）細胞集団のように自己駆動力をもつ非平衡系（アクティブマター）で生じる相転移現象（モティリティ誘起相分離）の性質の解明に取り組んだ。熱平衡状態にある溶液で生じる平衡相分離とモティリティ誘起相分離の類似性に注目し、両者を関連付ける物理モデルを考案した。シミュレーションや平均場近似による理論解析を行うことで、モティリティ誘起相分離と平衡相分離の間に共通する性質が存在し、自己駆動力は付加的な粒子間引力としてはたらきうることを明らかにした。
（２）理論的な問いを発展させ、レーザートラップされた冷却原子気体のように量子力学に従う世界でも自己駆動力に誘起される非平衡相転移はあるのか、という問題に取り組んだ。古典アクティブマターモデルを拡張することで自己駆動力をもつ量子モデルを考案し、シミュレーションを用いて相図を調べた。その結果、自己駆動力によって量子相転移が起こりうることを見出し、また古典モデルの先行研究で調べられてきた動的相転移との関係も明らかにした。さらに、具体的な実現方法として冷却原子気体を用いた実験セットアップを提案した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度は当初予定していた実験研究を行うことができなかったが、代わりに理論研究を進めることに注力し、上記の（１）、（２）のような成果をあげることができた。特に（１）の結果は、細胞集団を用いて実験研究を進める際に考察の土台として用いることができると考えられる。また、（２）では当初の計画を大きく発展させて量子力学で記述される世界に目を向けることで、新しいタイプの非平衡相転移を見つけることができた。そのため、全体として本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまで行ってきたようなアクティブマターモデルを用いた研究を発展させるとともに、培養細胞を用いた実験研究にも取り組み、非平衡相転移やその普遍性の理解を目指す。
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| Causes of Carryover |
学会のオンライン開催等で使用額が抑えられたため、残額を次年度の物品購入費に充てる予定である。
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