极性活性物质中的旋节分解与相分离

我们发展并研究了具有自趋化性的集群流体动力学理论。该理论描述了大量自驱动实体自发地沿同一方向运动，且每个实体发射一种吸引其他实体的物质（例如蚂蚁）。该理论结合了描述自趋化性的 Keller-Segel 模型与描述集群行为的 Toner-Tu 理论。我们发现，足够强的自趋化性会导致均匀运动状态（即“集群”）失稳，形成密度不同的条带，这些条带平行于平均集群速度运动但具有不同的速度。这些令人联想到蚂蚁路径的条带随时间粗化，最终达到相分离态，此时一个高密度条带和一个低密度条带填满整个系统。同样的失稳现象（由相同的流体动力学理论描述）也可能发生在因任何微观机制（例如足够强的吸引相互作用）而发生相分离的集群中。尽管在许多方面类似于通过旋节分解进行的平衡态相分离，但这里的两个稳态密度并非由平衡态中的公切线构造决定，而是由一种非常类似于无序活性粒子运动诱导相分离（MIPS）中发现的非公切线构造决定。我们的解析理论与运动方程的数值模拟结果吻合良好。