اثر میدان خارجی بر هم‌بستگی مکانی دو ریزکرۀ مقید در تلۀ نوری در حضور دیواره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکدۀ علوم پایه، دانشگاه گیلان، رشت

2 پژوهشکدۀ فیزیک، پژوهشگاه دانش‌های بنیادی(IPM)، تهران و دانش‌کده‌ فیزیک، آزمایش‌گاه کاوندیش، دانش‌گاه کمبریج، کمریج CB3 0HE، بریتانیا

چکیده
یکی از ساده‌ترین سامانه‌هایی که در عدد رینولدز پایین، آثار ناشی از برهم‌کنش‌های هیدرودینامیکی را نشان می‌دهد، سامانه‌ای متشکل از دو ذرۀ به‌دام افتاده و معلق در سیال است، که هرکدام یک درجۀ آزادی داشته و حول مکانِ تعادل خود افت و خیز می‌کنند. در ابتدا، نمونه‌ای از این سامانه را در مجاورت یک دیوارۀ تخت قرار داده و سپس آن را در معرض میدان خارجی اعم از جریان سیال و یا گرادیان دما قرار می‌دهیم. میدان خارجی، سامانه را از تعادل خارج می‌کند؛ و خروج از تعادل، خود را در مقدار هم‌بستگی‌های مکانی دو ذره نشان می‌دهد. با محاسبۀ هم‌بستگی‌های مربوطه و استفاده از آن‌ها، به این پرسش پاسخ می‌دهیم که آیا صرفاً با داشتن این هم‌بستگی‌ها می‌توان وجود یک میدان خارجی، و همچنین ماهیت آن را تعیین کرد. پاسخ به پرسش نخست، با موفقیت مثبت است؛ اما برای تعیین ماهیت میدان خارجی، لازم است درجات آزادی بیش‌تری برای ذرات در نظر بگیریم، و یا این‌که آزمایش‌گر امکان تغییر مکان کره‌ها/تله‌های مربوطه را داشته ‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of external field on the spatial correlations of two trapped micro-spheres in the presence of a wall

نویسندگان English

Setareh Dabbaghchian 1
Golnaz Najafi Golvandani 1
Seyyed Nader Rasuli 2
1 Department of Physics, University of Guilan, P.O. Box 41335-1914, Rasht, Iran
2 School of Physics, Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM), Tehran, Iran and Department of Physics, Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Cambridge CB3 0HE, United Kingdom
چکیده English

One simple combination of particles which captures effect of hydrodynamic interactions consists of two trapped beads, immersed in fluid, each with a single degree of freedom, and fluctuating around its equilibrium positions. Given such a system in the presence of a flat boundary, we consider effect of an external velocity or temperature field on it. The external field drives the two beads system, out of equilibrium. We calculate beads’ auto/cross correlations in the presence of external field, then investigate if these auto/cross correlations can be used to reveal the presence of a possible external field, and its nature. We find that the former question could be answered successfully, while the latter requires additional information or additional degrees of freedom accessible to the observer.

کلیدواژه‌ها English

Nonequilibrium correlations
Hydrodynamics interactions
Langevin equation
External field
Flat boundary
1.       M Kardar, “Statistical physics of particles”, Cambridge University Press, )2007(.
2.       N Bruot and P Cicuta, Annu. Rev. Condens Matter Phys.  7(2016) 323.
3.       A Ashkin, J M Dziedzic, J E Bjorkholm and S Chu, Opt. Lett. 11 (1986) 288.
4.       A Ashkin, Biophys. J. 61(1992) 569.
5.       F Hajizadeh and S N S Reihani, Opt. Express 18 (2010) 551.
6.       R Clausius, Ann. Phys. 100 (1857) 353.
7.       R Clausius, Ann. Phys. 105 (1858) 239.
8.       L Boltzmann, Sitzungsber Akad Wiss Wien 66,(1872) 275.
9.       H B G Casimir, Rev. Mod. Phys. 17 (1945) 343.
10.    J B Weiss, Phys. Rev. E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 76 (2007) 061128.
11.    A Crisanti, A Puglisi and D Villamaina, Phys. Rev. E 85 (2012) 061127.
12.    N Ohga, S Ito and A Kolchinsky, Phys. Rev. Lett. 131 (2023) 077101.
13.    S N Rasuli, G Najafi Gol-Vandani and P. Cicuta, under preparation (2023).
14.    G Najafi Gol-Vandani, S Di Leo, J Kotar, P Cicuta and S N Rasuli, arXiv:1906.07621 (2019).
15.    A W C Lau and T C Lubensky, Phys. Rev. E 76 (2007) 011123.
16.    J Happel and H Brenner, “Low Reynolds number hydrodynamics: with special applications to particulate media”, Springer Science & Business Media (2012).
17.    E J Hinch, J. Fluid Mech. 72 (1975) 499.
18.    J C Meiners and S R Quake, Phys. Rev. Lett. 82 (1999) 2211.
19.    J T Padding and A A Louis, Phys. Rev. E 74 (2006) 1.
20.    E Bringuier, Eur. J. Phys. 27 (2007) 373.
21.    W B Russel, W Russel, D A Saville and W R Schowalter,“Colloidal Dispersion”,Cambridge university press,(1991).
22.    C W Oseen,“Neuere methoden und ergebnisse in der hydrodynamik, vol.1”, Akademische Verlagsgesellschaft, (1927).
23.    R K Iranpour, “Interaction of focused optical beam with charged fluids, and its application in micro/nano pumps”, Master thesis: Univerisy of Guilan, Rasht, (2011).
24.    J R Blake, Math. Proc. Camb. 70 (1971) 303.
25.    A J Goldman, R G Cox and H Brenner, Chem. Eng. Sci. 22 (1967) 637.
26.    J Mo and M G Raizen, Annu. Rev. Fluid Mech. 51 (2019) 403.
27.    T E Toolbox (2004) [Online]. Available: https://www.engineeringtoolbox.com/sound-speed-water-d_598.htm.
28.    G Najafi Golvandani, F Salari and S N Rasuli, Iran J. Phys. Res. 23 (2024) 481.
29.    R Kubo, Rep. Prog. Phys. 29 (1966) 255.
30.    P Anzini, G M Colombo, Z Filiberti and A Parola, Phys. Rev. Lett. 123 (2019) 028002.
31.    D Zhang, X Zheng and Massimiliano Di Ventra, Phys. Rep. 830 (2019) 1.
32.    S N Rasuli, unpublished.
33.    G B Arfken and H J Weber and F E Harris, “Mathematical methods for physicists: a comprehensive guide”, Academic press, (2011).
34.    L Onsager, Phys. Rev. 37 (1931) 405.
35.    G Najafi Golvandani and P Cicuta and S N Rasuli, under preparation.
36.    T M Squires and M P Brenner, Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 4976.
37.    G M Kepler and S Fraden, Phys. Rev. Lett. 73 (1994) 356.
38.    M D Carbajal-Tinoco, F Castro-Roman and J L Arauz-Lara, Phys. Rev. E 53 (1996) 3745.
39.    E R Dufresne and T M Squires and M P Brenner and D G Grier, Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 3317.
40.    A Najafi and R Golestanian, Phys. Rev. E 69 (2004) 062901.
41.    L E Becker, S A Koehler and H A Stone, J. Fluid Mech. 490 (2003) 15.
42.    F Smallenburg, H Löwen and Hartmut, Phys. Rev. E 92 (2015) 032304.
43.    A Daddi-Moussa-Ider, M Lisicki, C Hoell and H Löwen, J. Chem. Phys. 148 (2018) 134904.
44.    C Brennen and H Winet, Annu. Rev. Fluid Mech. 9 (1977) 339.
45.    B Guirao and J Joanny, Biophys. J. 92 (2007) 1900.
46.    E M Purcell, Am. J. Phys. 45 (1977) 3.
47.    A Vilfan and F Jülicher, Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 058102.
48.    N Osterman and A Vilfan, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108 (2011) 15727.
49.    T Niedermayer, B Eckhardt and P Lenz, Chaos 18 (2008) 037128.
50.    A Wurger, Phys. Rev. Lett. 102 (2009) 078302.
51.    G G Stokes, Trans. Cambridge Philos. Soc. 9 (1851) 8.
52.    S N Rasuli and R Golestanian, Phys. Rev. Lett. 101 (2008) 108301.
53.    J K Platten and P Costesèque, Eur. Phys. J. E 15 (2004) 235.
54.    A Najafi and F Pousaneh, Int. J. Mod. Phys. B 25 (2011) 4379.
55.    K I Morozov and W Köhler, Langmuir 38 (2022) 2478.
56.    D B Mayer, T Franosch and D Braun, Phys. Rev. Lett. 130 (2023) 168202.
57.    C Ludwig, Sitz Math Naturwiss Classe Kaiserichen Akad Wiss 20 (1856) 539.
58.    P Langevin, Compt. Rendus 146 (1908) 530.
59.    J Hallett, Proc. Phys. Soc. 82 (1963) 1046.
60.    O R Gittus, J D Olarte-Plata and F Bresme, Eur. Phys. J. E 42 (2019) 1.
61.    C Debuschewitz and W Köhler, Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 055901.
62.    S R De Groot and P Mazur, “Non-equilibrium thermodynamics”, Courier Corporation (2013).
63.    E Bringuier, Phil. Mag. 87 (2007) 873.
64.    L Bocquet and E Charlaix, Chem. Soc. Rev. 39 (2010) 1073.
65.    A Bérut, A Petrosyan and S Ciliberto, EPL 107 (2014) 60004.
66.    M. P. Allen and J D Tildesley, “Computer Simulation of Liquid”, Oxford University Press (2017).
67.    M Kardar, “Statistical Physics of Fields”, cambridge university press (2017).
68.    X Han and P E Kloeden, “Random Ordinary Differential Equations and Their Numerical Solution”, Springer (2017).
69.    P R Lang, “Soft Matter at Aqueous Interfaces”, Springer (2016).
70.    A Shapere and F Wilczek, Phys. Rev. Lett. 58 (1987) 2051.
71.    C Soret, Arch. Sci. Phys. Nat. 2 (1879) 48.
72.    C Soret, Acad. Sci. Paris. C. R 91 (1880) 289.
73.    M Doi and S F Edwards, “The theory of polymer dynamics”, Oxford university press (1988).
74.    H Brenner, J. Colloid Interface Sci. 23 (1967) 407.
75.    R Golestanian and A Ajdari, Phys. Rev. E 77 (2008) 036308.
76.    C Pozrikidis, “Boundary integral and singularity methods for linearized viscous flow”, Cambridge university press (1992).
77.    G N Gol-Vandani, “Exploiting Hydrodynamics interactions to produce uni-directional motion of fluid (MSc thesis)”, (2012).

تحت نظارت وف بومی