当速度自相关镜像力自相关：相互作用布朗体系统中精确的噪声消除
软凝聚态物质
2026-03-11 v1 统计力学
计算物理
摘要
在软物质系统中解析相互作用布朗粒子的均方位移 (MSD) 和速度自相关函数 (VACF) 仍是仿真中的核心挑战，尤其是在稀薄密度下，由于粒子-粒子相互作用稀疏，信号以热噪声为主导。最近提出的噪声消除 (NC) 算法 [Mandal 等人，Phys. Rev. Lett. 123, 168001 (2019)] 通过将粒子轨迹分解为自由布朗运动和相互作用引起位移两个分量来解决此问题。该 NC 近似通过忽略总位移与提取的相互作用引起贡献之间的交叉相关来增强信噪比——这一假设迄今尚无严格的理论依据。在本文中，我们在布朗系统中建立了 VACF、描述相互作用引起贡献的力自相关函数 (FACF) 以及这些交叉相关之间的精确理论关系。我们指出，在热平衡条件下，交叉相关消失，因为 VACF 严格与 FACF 的负数成正比，这从而将 NC 算法确立为精确方法。在相反的情况下，对于布朗非平衡系统，交叉相关保持为有限值，这为非平衡物理的直接指纹，同时提供了区分平衡与非平衡状态的标准。此处必须对 NC 方法施加适当的校正，以保持其准确性。我们的结果将 NC 算法的适用范围扩展到广泛的软物质系统中，无论是平衡还是非平衡状态，都有望在未来的仿真研究中显著提升 VACF 数据的分辨率。
引用
@article{arxiv.2603.08918,
title = {When velocity autocorrelations mirror force autocorrelations: Exact noise-cancellation in interacting Brownian systems},
author = {Anton Lüders and Suvendu Mandal and Thomas Franosch},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.08918},
year = {2026}
}