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物理:ガスで流動化された粒子の統計力学

Nature 427, 6974 doi: 10.1038/nature02294

平衡から遠く離れた系における微視的ゆらぎの特性づけは巨視的応答を理解する上で重要である。1つの方法は、「有効温度」を使うことである。この量は、カオス流体、スピングラス、ガラスおよびコロイドのみならず、粉流体や泡といった非熱系に対して導入されてきた。それゆえ、有効温度の概念がどこまで適用できるのか知る必要がある。今回、ガスの上昇流の中にある目の細かいスクリーンの上に置かれた1個の球からなる単純な系において、この問題を実験により調べた。球は、球自身によってガス流の中に発生する乱流のために回転する。ゆらぎの測定と予測が困難な多粒子系とは異なり、我々の系では粒子−粒子相互作用がなく、その運動はビデオ画像で完全に捕らえられる。意外なことに、この球は調和的に結合したブラウン粒子とまったく同様にふるまう。ランダムな駆動力と振動数に依存する抗力とは、統計力学の土台である揺動散逸関係を満たしている。このように、平衡に近い系の統計力学は、少なくともある種の平衡から遠くで駆動される系の研究に、予想以上に役立つ。カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米

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