摩擦颗粒马达中的非平衡涨落：实验与动理学理论

我们报告了一项关于新型实验颗粒布朗马达的研究，该研究受 [Phys. Rev. Lett. 104, 248001 (2010)] 中发表的马达启发，但在某些组成要素上有所不同。正如之前的工作，该马达由一个旋转棘轮构成，其表面通过交替的不同非弹性斑块打破旋转反演对称性，并浸没在颗粒粒子气体中。我们实验装置的主要新颖之处在于主轴的方向，该方向与颗粒流体的（垂直）振动方向平行，从而保证了碰撞颗粒速度的各向同性分布，其特征方差为 $v_0^2$。我们还保持颗粒系统处于稀释状态，以便与基于 Boltzmann 方程的动理学理论进行比较。与理论一致，我们首次观察到 Coulomb 摩擦的关键作用，它诱导了两个主要机制：(i) 稀有碰撞 (RC)，平均漂移 $\ < \omega \ > \sim v_0^3$；以及 (ii) 频繁碰撞 (FC)，$\ < \omega \ > \sim v_0$。我们还研究了在大时间间隔内扫过的角度 $\Delta \theta$ 的涨落，在 FC 机制下，该涨落与对马达所做的功成正比。我们观察到 Fluctuation Relation 得到满足，其斜率微弱地依赖于相对碰撞频率。