| 研究課題/領域番号 |
21340110
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
甲斐 昌一 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (20112295)
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| 研究分担者 |
日高 芳樹 九州大学, 工学研究院, 助教 (70274511)
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| キーワード | 非線形物理学 / 非平衡統計物理学 / 散逸構造 / 非平衡開放系 / 時空カオス / 揺動定理 / パターン形成 / 液晶 |
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| 研究概要 |
散逸パターンが形成されることによって非平衡開放系がどのような性質(物性)をもつようになるかを知るために、マクロ非線形揺動(時空カオス)の熱統計物理学的観点からの理解が必要である。そこで、ソフトモード乱流(SMT)をはじめとした多様な時空カオスを呈する液晶電気対流を対象として、マクロパターンの揺動とそれに基づく輸送現象などを統計力学的な観点から研究を行っている。
まず、空間フーリエ係数の時間相関関数を求める動的画像解析法によって、SMTの時空揺動の統計力学的性質を調べた。詳細な測定により、SMTの相関関数が、力学的コヒーレンスを反映した短時間の代数型減衰と、確率的ふるまいに対応する長時間の指数型減衰の二重構造をもつことが明らかとなった。
また、SMTにおける微粒子の運動を観測する非熱的Brown運動によって、Lagrange的観点から時空間欠性の統計的性質を明らかにしてきた。今年度は特に、粗視化時間依存の拡散係数を用いた詳細な観測により、短い時間スケールでは対流内の循環運動に対応する力学的運動、中間的な時間スケールではSMTのパッチ構造を反映した異常拡散、長時間スケールではパッチ間のランダムウォークによる正常拡散と、観測時間スケールによってその運動が変化することがわかった。
さらに、秩序領域と乱流領域が共存する時空間欠性に対しても、非熱的Brown運動によってLagrange的観点からその統計的性質を明らかにした。時間変化する拡散係数に相当する物理量の導入により、粒子が秩序領域に居続ける持続時間の分布を調べた。その結果、通常のPoisson過程と異なりべき分布を示すことがわかった。一方、パターンの観測によるEuler的観点の測定によっても、秩序状態の持続時間はべき分布を示した。ただし、秩序領域での拡散が遅いことを反映し、そのべき指数はLagrange的観点の方が小さくなることがわかった。
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