کاربرد نظریۀ انحراف بزرگ در مطالعۀ دینامیک یک باکتری

جعفرپور همدانی, فرهاد; نامور, مهرانگیز

doi:10.47176/ijpr.24.4.81964

کاربرد نظریۀ انحراف بزرگ در مطالعۀ دینامیک یک باکتری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

فرهاد جعفرپور همدانی

مهرانگیز نامور

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه بوعلی‌سینا همدان، همدان، ایران

https://doi.org/10.47176/ijpr.24.4.81964

چکیده

باکتریها به دلایل مختلف از جمله در پاسخ به تحریکات شیمیایی محیط می‌توانند حرکت کنند. در این مقاله، الگوهای حرکتی یک باکتری نوعی را در قالب یک زنجیر مارکوف زمان گسسته در یک بعد (مدل دویدن و چرخش یک بعدی) مدل‌سازی می‌کنیم. سپس با کمک نظریۀ انحراف بزرگ، رفتار تابع چگالی احتمال جریان متحرک (جابه‌جایی در واحد زمان)، به عنوان یک متغیر دینامیکی که روی مسیر حرکت متحرک تعریف می‌شود، مطالعه می‌شود. نشان خواهیم داد که امکان مشاهدۀ گذارفاز دینامیکی در سامانه وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

نظریۀ انحراف بزرگ

گذارفاز دینامیکی

کموتکسی

مدل دویدن و چرخش

فرایندهای تصادفی

موضوعات

سامانه‌های پیچیده

عنوان مقاله English

Large deviation theory and the dynamics of a bacterium

نویسندگان English

Farhad Jafarpour Hamadani

Mehrangiz Namvar

Department of physics, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran

چکیده English

Bacteria can move for various reasons, including in response to chemical stimuli in the environment. In this article, we model the movement patterns of a typical bacteria in the form of a discrete-time Markov chain in one dimension (one-dimensional running and tumble model). Then with the help of the large deviation theory, the behavior of the probability density function of current (displacement per unit time), as a dynamical variable that is defined on the moving path, is studied. We will show that it is possible to observe a dynamical phase transition in the system.

کلیدواژه‌ها English

large deviation theory

dynamical phase transition

chemotaxis

run and tumble model

stochastic process

J Adler, Rev. Biochem. 44 (1975) 341.
C Zimmer, “Microcosm: E. coli and the New Science of Life”, Pantheon Books, New York (2008).
H C Berg, “ coli in Motion Biological and Medical Physics, Biomedical Engineering”, Springer, New York (2004).
‎ H C Berg,“Random Walks in Biology: New and Expanded Edition”, Princeton University Press (2018).
O Farago and N R Smith, Rev. E. 109 (2024) 044121.
H Touchette, Rep. 478 (2009) 1.
D Poland and H A Scheraga, Chem. Phys. 45 (1966) 1456.
D Poland and H A Scheraga, Chem. Phys. 45 (1966) 1464.
R J Harris and H Touchette, Phys. A: Math. Theor. 50 (2017) 10LT01.
A Dhar, et al., Rev. E. 99 (2019) 032132.
L Angelani, R Di Leonardo, and M Paoluzzi, Phys. J. E 37 (2014) 59.
D Breoni, et al., Phys. J. E 45 (2022) 83.
D Saintillan, Rev. E. 108 (2023) 064608.
G Gradenigo and S N Majumdar, Stat Mech. (2019) 053206.