非平衡ゆらぎが生み出す構造と運動の普遍性

• 研究領域: ゆらぎと構造の協奏：非平衡系における普遍法則の確立
• 研究課題/領域番号: 25103004
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 佐野 雅己 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40150263)
• 研究分担者: 竹内 一将 東京工業大学, 理学院, 准教授 (50622304) ; 笹本 智弘 東京工業大学, 理工学研究科, 助手 (70332640)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 79,300千円 (直接経費: 61,000千円、間接経費: 18,300千円); 2017年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2016年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円); 2015年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円); 2014年度: 21,450千円 (直接経費: 16,500千円、間接経費: 4,950千円); 2013年度: 22,620千円 (直接経費: 17,400千円、間接経費: 5,220千円)
• キーワード: 非平衡統計力学 / 非平衡ゆらぎ / 界面ゆらぎ / 非平衡相転移 / アクティブマター / Directed Percolation / 乱流転移 / 散逸構造 / 界面成長ゆらぎ / 界面成長 / 自己駆動粒子 / KPZ方程式 / アクッティブマター

研究成果の概要

本計画研究では、非平衡系ゆらぎの普遍性を示す典型的な例として、①界面成長におけるゆらぎ（KPZ普遍性）と、②非平衡相転移の重要なクラスであるDirected Percolation (DP普遍性)に関する研究で複数の大きな進展があった。また、③非平衡系のミクロとマクロをつなぐアクティブマターと呼ばれる新しい研究領域において、新現象の発見と分類等に貢献した。①の理論では、非対称な反射を行うような多数のブラウン運動粒子からなる系がKPZ普遍性を示すことを見出した。実験では、円形界面と平面界面では時間相関が質的に異なることを発見した。②では、層流・乱流転移におけるDP転移の観測に成功した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Twente(オランダ)
• [国際共同研究] Harvard University(米国)
• [国際共同研究] National Taiwan University(台湾)
• [国際共同研究] CEA, Saclay/ENS, Paris(フランス)
• [国際共同研究] Technical University Munich(ドイツ)
• [国際共同研究] CEA, Sacray/ENS, Paris(フランス)
• [国際共同研究] Universite; di Modena e Reggio Emilia(イタリア)
• [国際共同研究] IFISC(スペイン)
• [雑誌論文] Theoretical model of chirality-induced helical self-propulsion (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Takaki; Sano, Masaki
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 97-1 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreve.97.012607
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flagellar dynamics of chains of active Janus particles fueled by an AC electric field (2018)
  • 著者名/発表者名: Daiki Nishiguchi, Junichiro Iwasawa, Hong-Ren Jiang and Masaki Sano
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 20 号: 1 ページ: 015002-015002
  • DOI: 10.1088/1367-2630/aa9b48
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] When fast and slow interfaces grow together: connection to the half-space problem of the Kardar-Parisi-Zhang class (2018)
  • 著者名/発表者名: Yasufumi Ito and Kazumasa A. Takeuchi
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 97 号: 4
  • DOI: 10.1103/physreve.97.040103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient Dynamics of Double Quantum Dots Coupled to Two Reservoirs (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahisa Fukadai, and Tomohiro Sasamoto
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87 号: 5 ページ: 054006-054006
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.054006
  • NAID: 210000134814
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological defects control collective dynamics in neural progenitor cell cultures (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Kyogo、Kageyama Ryoichiro、Sano Masaki
  • 雑誌名: Nature 巻: 545 号: 7654 ページ: 327-331
  • DOI: 10.1038/nature22321
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chirality-induced helical self-propulsion of cholesteric liquid crystal droplets (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Takaki; Sano, Masaki
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 13-18 号: 18 ページ: 3328-3333
  • DOI: 10.1039/c7sm00337d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kardar-Parisi-Zhang Interfaces with Inward Growth (2017)
  • 著者名/発表者名: Yohsuke T. Fukai and Kazumasa A. Takeuchi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 119 号: 3 ページ: 030602-030602
  • DOI: 10.1103/physrevlett.119.030602
  • 査読あり
• [雑誌論文] 1/fα power spectrum in the Kardar-Parisi-Zhang universality class (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa A. Takeuchi
  • 雑誌名: Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 巻: 50 号: 26 ページ: 264006-264006
  • DOI: 10.1088/1751-8121/aa7106
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Memory and Universality in Interface Growth, (2017)
  • 著者名/発表者名: *Jacopo De Nardis, Pierre Le Doussal, and Kazumasa A. Takeuchi,
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 118 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.125701
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Long-range nematic order and anomalous fluctuations in suspensions of swimming filamentous bacteria, (2017)
  • 著者名/発表者名: *Daiki Nishiguchi, Ken H. Nagai, Hugues Chate, and Masaki Sano,
  • 雑誌名: Physical Review 巻: E 95 号: 2 ページ: 20601-20601
  • DOI: 10.1103/physreve.95.020601
  • NAID: 130006245534
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optimal run-and-tumble based transportation of a Janus particle with active steering, (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Mano, *Jean-Baptiste Delfau, Junichiro Iwasawa, and Masaki Sano,
  • 雑誌名: PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 巻: 114 号: 13 ページ: 2580-2589
  • DOI: 10.1073/pnas.1616013114
  • NAID: 120006347250
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Large deviations of a tracer in the symmetric exclusion process (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Imamura, Kirone Mallick, Tomohiro Sasamoto
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 118 号: 16 ページ: 160601-160601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.160601
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Collective behavior of strongly confined suspensions of squirmers, (2016)
  • 著者名/発表者名: *J.-B. Delfau, John J. Molina and M. Sano,
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 114 号: 2 ページ: 24001-24001
  • DOI: 10.1209/0295-5075/114/24001
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Estimating the Dimension of an Inertial Manifold from Unstable Periodic Orbits, (2016)
  • 著者名/発表者名: *Xiong Ding, Hugues Chate, Predrag Cvitanovic, Evangelos Siminos, and Kazumasa A. Takeuchi,
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.024101
  • NAID: 130006245525
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characteristic Sign Renewals of Kardar-Parisi-Zhang Fluctuations, (2016)
  • 著者名/発表者名: *Kazumasa A. Takeuchi and Takuma Akimoto,
  • 雑誌名: Journal of Statistical Physics 巻: 164 号: 5 ページ: 1167-1182
  • DOI: 10.1007/s10955-016-1582-0
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A generalized asymmetric exclusion process with $U_q(sl_2)$ stochastic duality (2016)
  • 著者名/発表者名: Gioia Carinci, Cristiana Giardina, Frank Redig, Tomohiro Sasamoto
  • 雑誌名: Prob. Th. Rel. Fields 巻: 印刷中 号: 3-4 ページ: 1-47
  • DOI: 10.1007/s00440-015-0674-0
  • NAID: 120006582465
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Universal Transition to Turbulence in Channel Flow (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Sano and Keiichi Tamai
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 12 号: 3 ページ: 249-253
  • DOI: 10.1038/nphys3659
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simple model of cell crawling (2016)
  • 著者名/発表者名: Takao Ohta, Mitsusuke Tarama and Masaki Sano
  • 雑誌名: Physica D 巻: 318-319 ページ: 3-11
  • DOI: 10.1016/j.physd.2015.10.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rheological evaluation of colloidal dispersions using the smooth profile method: formulation and applications (2016)
  • 著者名/発表者名: John J. Molina, Kotaro Otomura, Hayato Shiba, Hideki Kobayashi, Masaki Sano, and Ryoichi Yamamoto
  • 雑誌名: J. Fluid Mech. 巻: 792 ページ: 590-619
  • DOI: 10.1017/jfm.2016.78
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Point-interacting Brownian motions in the KPZ universality class (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Sasamoto, Herbert Spohn
  • 雑誌名: Elec. J. Prob 巻: 20 号: none ページ: 1-28
  • DOI: 10.1214/ejp.v20-3926
  • NAID: 120006582476
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nonequilibrium Fluctuations in Biological Strands, Machines, and Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Shoichi Toyabe, Masaki Sano
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 84 号: 10 ページ: 102001-102001
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.102001
  • NAID: 40020614870
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mesoscopic turbulence and local order in Janus particles self-propelling under an ac electric field (2015)
  • 著者名/発表者名: Daiki Nishiguchi and Masaki Sano
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 92 号: 5 ページ: 052309-052309
  • DOI: 10.1103/physreve.92.052309
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Model of heap formation in vibrated gravitational suspensions Phys (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Ebata and Masaki Sano
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 92
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spectral theory for interacting particle systems solvable by coordinate Bethe ansatz (2015)
  • 著者名/発表者名: Alexei Borodin, Ivan Corwin, Leonid Petrov, Tomohiro Sasamoto
  • 雑誌名: Com. Math. Phys. 巻: 339 号: 3 ページ: 1167-1245
  • DOI: 10.1007/s00220-015-2424-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Swimming droplets driven by a surface wave (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Ebata and Masaki Sano
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep08546
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Three-dimensional analysis of thermo- mechanically rotating cholesteric liquid crystal droplets under a temperature gradient (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, M. Kuroda, and M. Sano
  • 雑誌名: EPL 巻: 109, 号: 4 ページ: 46001-46001
  • DOI: 10.1209/0295-5075/109/46001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] From duality to determinants for q-TASEP and ASEP (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Borodin, I. Corwin, T. Sasamoto
  • 雑誌名: Ann. Prob. 巻: 42 号: 6 ページ: 2341-2382
  • DOI: 10.1214/13-aop868
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interface fluctuations for deposition on enlarging flat substrates, (2014)
  • 著者名/発表者名: I. S. S. Carrasco, K. A. Takeuchi, S. C. Ferreira, and T. J. Oliveira
  • 雑誌名: New. J. Phys. 巻: 16 号: 12 ページ: 123057-123057
  • DOI: 10.1088/1367-2630/16/12/123057
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Simple Force-Motion Relation for Migrating Cells Revealed by Multipole Analysis of Traction Stress (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tanimoto and M. Sano,
  • 雑誌名: Biophys. J. 巻: 106 号: 1 ページ: 16-25
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2013.10.041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental approaches to universal out-of-equilibrium scaling laws: turbulent liquid crystal and other developments (2014)
  • 著者名/発表者名: K.A. Takeuchi
  • 雑誌名: Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 巻: 2014 号: 1 ページ: P01006-P01006
  • DOI: 10.1088/1742-5468/2014/01/p01006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bifurcation from stabe holes to replicating holesinvibrated dense suspensions (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ebata and M. Sano
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 88 号: 5
  • DOI: 10.1103/physreve.88.053007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coupled Kardar-Parisi-Zhang Equations in One Dimension (2013)
  • 著者名/発表者名: Patrik L. Ferrari, Tomohiro Sasamoto, Herbert Spohn
  • 雑誌名: J. Stat. Phys. 巻: 153 ページ: 377-399
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the equal time two-point distribution of the one-dimensional KPZ equation by replica (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Imamura, Tomohiro Sasamoto, Herbert Spohn
  • 雑誌名: Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 巻: 46
  • 査読あり
• [学会発表] Topological Defects Control Collective Dynamics in Active Matter (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaki Sano, Masahito Uwamichi, and Kyogo Kawaguchi
  • 学会等名: Fundamental Problems in ACTIVE MATTER
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] When Can Active Matter Become Intelligent? (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaki Sano
  • 学会等名: Mini-symposium “Non-equilibrium dynamics and Information Processing”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 趣旨説明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 学会等名: 共催シンポジウム, 第73回日本物理学会年会
• [学会発表] Transition to Turbulence and Nonequilibrium Phase Transition (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Sano and Keiichi Tamai
  • 学会等名: ENS-UT Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transition to Turbulence in Channel and Annular Flow (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Sano, Keiichi Tamai, Takahiro Tsukahara
  • 学会等名: Workshop: Transition to Turbulence
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Rosette and Comet: Possible Roles of Topological Defects in Biological Active Matter (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Sano and Kyogo Kawaguchi
  • 学会等名: International Workshop on Physical Approaches to Biological Active Matter
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Orientational Order and Topological Defects in Active Matter, (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Sano and Kyogo Kawaguchi
  • 学会等名: 9th IUPAP International Conference on Biological Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thermal and Electric Effects in Active Colloid: Thermophoresis, Self-Propulsion (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Sano
  • 学会等名: Self-Assembly, Gordon Research Conference on Plasmonically-Powered Processes
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Topological Defects Control Collective Dynamics in Active Matter (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Sano and Kyogo Kawaguchi
  • 学会等名: STOCHASTIC THERMODYNAMICS, ACTIVE MATTER AND DRIVEN SYSTEMS, ICTS Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] An Overview of Active Matter Research in the project of Synergy of Fluctuation and Structure, (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 学会等名: 新学術領域「ゆらぎと構造」 第4回領域会議
• [学会発表] Effects of Excluded Volume Interaction in Active Filarments (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 学会等名: アクティブマター研究会
• [学会発表] ゆらぎと構造の協奏:非平衡系における普遍法則の確立 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 学会等名: 第11回領域横断研究会
• [学会発表] せん断を受ける流体の非平衡相転移とその普遍性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 学会等名: 第 22 回久保記念シンポジウム「非平衡と流れ」
  • 招待講演
• [学会発表] 生物と非生物のあいだにある 熱をめぐる話題 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 学会等名: Biothermology Workshop 2017
  • 招待講演
• [学会発表] 乱流転移と有向パーコレーション相転移 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己、玉井敬一
  • 学会等名: 基礎水理シンポジウム2017 「乱流研究クロスオ‐バー：流体物理学から水理学まで」
  • 招待講演
• [学会発表] Collective Dynamics of Active Colloids, (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: Gordon Research Conference (Bio-Soft Matter: Dynamical and Structural Complexity)
  • 発表場所: Colby-Sawyer, NH, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Self-Organizing Dynamics of Active Colloids, (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaki Sano
  • 学会等名: Diffusion Fundamentals V: Basic Principles of Diffusion Theory, Experiment, and Application
  • 発表場所: Leipzig, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Detecting Symmetry Breaking in Traction Force Dynamics of Migrating Amoeboid Cells, (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: Patterns and waves in populations of cells and active particles
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] Exploring universal out-of-equilibrium scaling laws with turbulent liquid crystal (2013)
  • 著者名/発表者名: K.A. Takeuchi
  • 学会等名: XXV IUPAP International Conference on Statistical Physics, STATPHYS25
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] Replica and dualities for KPZ systems (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sasamoto
  • 学会等名: Spectra of Random Operators and Related Topics
  • 発表場所: 京都大学（京都府）
  • 招待講演
• [図書] 特集：ゆらぎと構造から見る非平衡の世界， 巻頭言，パリティー，32, No.11, 4 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 丸善出版
• [図書] 総論：非平衡科学の展開，パリティー，32, No.11, 6. (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 丸善出版
• [図書] ムースの物理学 構造とダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 原著者：Isabelle Cantat, Sylvie Cohen-Addad, Florence Elias, François Graner, Reinhard Höhler, Olivier Pitois, Florence Rouyer, Arnaud Saint-Jalmes 監訳者：奥村剛 共訳者：梶谷忠志，武居淳，竹内一将，山口哲生
  • 総ページ数: 336
  • 出版者: 吉岡書店
• [図書] キリンの斑論争と寺田寅彦 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己（共著）
  • 総ページ数: 125
  • 出版者: 岩波書店