粒子-场表示为活性物质的范式提供了统一框架

活性物质研究关注相互作用的自驱动粒子间的涌现行为。将看似不相关的范式——排斥圆盘的活性相分离与自驱动杆的集体运动——统一起来是当代活性物质领域的重大挑战。受量子力学波粒二象性的启发，我们发展了一种基于用平滑连续场表示活性粒子的方法。基于碰撞动力学，我们解析与数值地展示了作用于自驱动各向异性物体间的非平衡应力如何阻碍如自驱动圆盘所观察到的相分离态的形成，并促进取向序的涌现。除粒子形状外，控制涌现有序态对称性的自驱动物体的刚性也是一个关键参数：不可穿透的各向异性杆形成极性运动团簇，而大尺度向列结构出现于软杆中，明显地由双稳共存区所分隔。这些结果表明有序态的对称性并非由相互作用势的对称性决定，而是活性系统的一个动力学、涌现性质。这一统一理论框架可表示多种活性系统：活体细胞组织、细菌群落、细胞骨架提取物以及振动颗粒介质。