球形微生物的成对散射与束缚态

成对游动微生物之间的动力学相互作用是更大悬浮液集体行为的基础，但精确计算成对碰撞通常需要使用充分分辨流体动力学相互作用的数值模拟。本文利用作用于两个紧密分离的球形 squirmer（表面滑动球）上的力和力矩的解析表达式——在细胞间距与 squirmer 半径之比中精确到二阶——来计算其散射动力学。注意力限于取向矢量位于同一平面内的 squirmer。我们根据底重 squirmer 的入射角、squirmer 参数 $\beta$ 以及外部重力场强度来刻画成对底重 squirmer 的出射角，发现了瞬态散射、静止束缚态、成对游动运动以及圆轨道。这些结果与使用边界元方法获得的完整数值解吻合良好，凸显了润滑理论的效用。我们期望这些结果对建立球形微生物悬浮液的介观连续介质模型基础有所助益。