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张何朋课题组成果登上物理评论快报(PRL)封面

2012年4月6日出版的物理评论快报(Physical Review Letters)以封面文章的形式刊登了张何朋课题组及其合作者完成的一项关于集体运动的研究,同时刊物编辑部还评选该工作为“Editor’s Suggest”,并且在Physiscs Synopsis中撰文介绍。

集体运动存在于众多物理和生物系统中,比如:宏观尺度上的鸟群、鱼群、昆虫和受激发的杆状颗粒等,微观尺度上的细菌和分子马达驱动的肌动蛋白丝等。这种运动模式对生物群落中的疾病传播,生物迁徙等自然现象有重要影响。同时,理解集体运动的形成机制及影响也对工程应用问题有帮助,比如科研人员利用集体运动的原理控制机器人和无人驾驶飞行器集群等。因此,对集体运动的研究具有深远的科学意义和广阔的应用前景。

在此学术背景下,研究生陈肖和本科生董旭通过单细胞跟踪技术获取了大量细菌的运动轨迹,从中识别出集体运动的动态团簇,并进一步计算了动态团簇内部细菌运动和取向涨落的空间关联。在众多大小各异的团簇中,她们发现多个物理量涨落的关联长度均约为团簇自身空间长度的30%,且空间归一化后的关联函数具有类似的函数形式。这些实验成果证明细菌团簇中的涨落是尺度无关的。通过与热力学系统做类比,她们提出细菌团簇可能通过形成自组织临界状态而实现尺度无关性的假说。该假说为构筑集体运动的系统理论指明了一个可能方向。张何朋课题组及其合作者将沿着这一方向进一步开展实验、数值和理论的多方面工作,推动对集体运动的理解。