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活性细菌悬浮液中的流体动力学相互作用、隐藏秩序和涌现的集体行为。

Hydrodynamic Interactions, Hidden Order, and Emergent Collective Behavior in an Active Bacterial Suspension.

机构信息

Department of Physics, The Ohio State University, Columbus, Ohio 43210, USA.

School of Environment and Natural Resources, The Ohio State University, Columbus, Ohio 43210, USA.

出版信息

Phys Rev Lett. 2018 Nov 2;121(18):188001. doi: 10.1103/PhysRevLett.121.188001.

DOI:10.1103/PhysRevLett.121.188001
PMID:30444412
Abstract

Spontaneous self-organization (clustering) in magnetically oriented bacteria arises from attractive pairwise hydrodynamics, which are directly determined through experiment and corroborated by a simple analytical model. Lossless compression algorithms are used to identify the onset of many-body self-organization as a function of experimental tuning parameters. Cluster growth is governed by the interplay between hydrodynamic attraction and magnetic dipole repulsion, leading to logarithmic time dependence of the cluster size. The dynamics of these complex, far-from-equilibrium structures are relevant to broader phenomena in condensed matter, statistical mechanics, and biology.

摘要

磁性定向细菌中的自发自组织(聚类)源于有吸引力的成对流体动力学,这些动力学通过实验直接确定,并通过一个简单的分析模型得到证实。无损压缩算法用于识别多体自组织的出现,作为实验调整参数的函数。簇的生长受流体动力学吸引力和磁偶极力的相互作用控制,导致簇大小的对数时间依赖性。这些复杂的、远离平衡的结构的动力学与凝聚态物质、统计力学和生物学中的更广泛现象有关。

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