藻类和细菌稀悬浮液中的Lévy涨落与示踪粒子扩散
软凝聚态物质
2013-02-04 v1 统计力学
流体动力学
细胞行为
摘要
游泳微生物依赖有效的混合策略来实现高效的营养流入。最近的实验探测了单细胞双鞭毛藻类的混合能力，发现当被动示踪粒子浸入稀的自驱动莱茵衣藻悬浮液中时，会表现出反常的非高斯扩散。定性上，这一观察结果可以解释为：藻类诱导的流体流动偶尔会将胶体示踪粒子加速到相对较大的速度。然而，目前尚缺乏关于稀活性悬浮液中增强混合的令人满意的定量理论。特别是，示踪粒子位置分布中的非高斯特征如何与微生物的自推进机制相关联尚不清楚。在此，我们基于一个简化的示踪粒子-游泳者相互作用模型，发展了一个活性悬浮液中反常示踪粒子扩散的系统性理论描述，该模型捕捉了微生物游泳者流场的典型距离标度。我们表明，实验观察到的非高斯尾部是普遍存在的，其产生源于速度场的截断Lévy统计与流体中代数衰减的时间相关性的结合。我们的分析考虑通过广泛的模拟加以说明，这些模拟在图形处理单元上实现，以获得分析示踪粒子分布尾部所需的大样本量。
引用
@article{arxiv.1009.3704,
title = {L\'evy Fluctuations and Tracer Diffusion in Dilute Suspensions of Algae and Bacteria},
author = {Irwin M. Zaid and Jörn Dunkel and Julia M. Yeomans},
journal= {arXiv preprint arXiv:1009.3704},
year = {2013}
}