集群现象是一类特殊的集体运动，广泛存在于自然界与人工系统。以往研究通常忽略惯性效应，其动力学是过阻尼的。然而，在宏观尺度上，无论是空中的昆虫、地上的动物，还是未来大规模部署的机器人集群，惯性都在其运动中发挥重要作用。
近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心，在实验上构建了由成千上万个毫米级的铁磁小球组成，且被限制在一个水平放置的环形跑道的惯性活性物质实验系统。
在这一系统中，当跑道中滚珠的面积分数超过临界密度后，系统自发成核产生一个高密度、高极化的“集群”。该集群作为一个整体在稀疏的气相中定向传播。这一新现象称为“集群相分离”，是Toner-Tu理论预测的三种群集斑图之一。该现象具有如下特征：均匀体相与尖锐界面，即集群内部和气相内部的密度和速度均匀，在交界处发生突变进而形成清晰界面；杠杆定律，即增加总密度只线性地增加集群长度，符合经典一级相变的杠杆定律；一级相变证据，即改变磁场频率观测到明显的滞后回线；相图特征，即实验明确各相的存在区域；正常粒子数涨落，即粒子数涨落是正常的（标准差与均值平方根成正比）。
同时，集群相分离展现出较多平衡系统中不可能存在的特性。一是类激波传播与粒子交换：集群的传播速度大于集群内个体的平均速度，满足Rankine-Hugoniot跳跃条件；粒子在集群前端被“捕获”，在尾部被“释放”。二是有效温度失衡：集群相中粒子运动速度更快，但其有效温度比无序的气相低一个数量级。
这一研究建立了粒子模型，通过“关闭”相互作用发现：磁偶极-偶极相互作用对集群相分离形成并非必需，而关闭碰撞中的非弹性耗散，集群相分离则完全无法形成。这表明，非弹性碰撞是速度对齐和集群形成的关键。两个粒子碰撞实验揭示了正反馈回路：局部密度升高→碰撞更频繁→速度对齐更有效→形成更快的定向运动→该快速集群可更有效从前方气相中“扫入”粒子→局部密度进一步升高。这与运动诱导相分离“越密越慢”反馈机制不同。
相关研究成果作为封面文章，发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院相关项目的支持。
论文链接
集群相分离现象
复旦大学公共卫生学院教授余宏杰联合英国牛津大学教授Moritz Kraemer、比利时鲁汶大学教授Philippe Lemey、英国皇家兽 X射线探测技术在疾病诊断、异物检测等领域具有重要作用。闪烁体作为X射线探测技术的核心器件，是一类可以将高能辐射如X/γ射线、α/β粒子、中子转化为可见光或近可见光的材料。而高效闪烁体需要具有高产光率、 2024年11月13日，江苏省宿迁市公安局宿城分局府苑派出所组织民警走进辖区学校开展法治宣讲活动。民警通过案例讲解、互动问答等方式，向学生们宣传防网络诈骗、防校园欺凌、防网络谣言、防毒禁毒 中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 葛仁鑫）近日，四川省教育厅下发《关于确保中小学生每天综合体育活动时间不低于两小时的通知》，严格确保学生体育活动时间、切实加强师资队伍和场地设施建设、广 中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 魏海政 通讯员 程育）11月7日，2024年济南市全民终身学习活动周开幕式在济南高新文化中心举行。 本次活动周的主题为“让学习成为一种生活方式”，要求积极发挥教 中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 陈文静 通讯员 张少利 龙海燕 刘嫄 刘意 肖顺彬）日前，2024年世界职业院校技能大赛总决赛争夺赛财经商贸赛道三“关务实务小组”赛项在长沙航空职业技术学院（简 。本文链接：惯性活性物质中的集群相分离研究获进展http://www.sushuapos.com/show-12-2032-0.html
声明：本网站为非营利性网站，本网页内容由互联网博主自发贡献，不代表本站观点，本站不承担任何法律责任。天上不会到馅饼，请大家谨防诈骗！若有侵权等问题请及时与本网联系，我们将在第一时间删除处理。