Les particules browniennes actives ont quatre états de mouvement distincts, selon les chercheurs

Le mouvement brownien actif décrit des particules qui peuvent se propulser vers l’avant tout en étant soumises à des mouvements browniens aléatoires lorsqu’elles sont bousculées par leurs particules voisines. Grâce à une nouvelle analyse publiée dans Le Journal Physique Européen EMeng Su de l’Université polytechnique du Nord-Ouest en Chine, ainsi que Benjamin Lindner de l’Université Humboldt de Berlin, en Allemagne, ont découvert que ces mouvements peuvent être décrits avec précision à l’aide de quatre modèles mathématiques distincts.

Les particules browniennes actives peuvent être trouvées dans un large éventail de scénarios dans la nature : des structures sous-cellulaires entraînées par des moteurs biomoléculaires aux mouvements de troupeaux entiers d’animaux, qui peuvent agir en collaboration pour trouver de la nourriture ou échapper plus facilement aux prédateurs.

Récemment, des chercheurs ont mis au point des particules artificielles qui se comportent de manière étonnamment similaire à leurs homologues naturelles, ce qui présente de nouvelles opportunités passionnantes en robotique médicale et dans de nombreux autres domaines de recherche de pointe. En fin de compte, les découvertes de Su et Lindner pourraient conduire à de nouvelles informations fascinantes sur le comportement de ces systèmes.

Les mouvements des particules browniennes actives sont déjà connus pour dépendre du frottement qu’elles subissent, ainsi que des forces de polarisation externes, qui biaisent leurs trajectoires dans des directions spécifiques. En utilisant des simulations informatiques de systèmes browniens actifs, étayées par des calculs simples, Su et Lindner ont découvert que des variations de ces deux paramètres peuvent forcer les systèmes dans l’un des quatre états possibles.

Lorsqu’un équilibre émerge entre les forces motrices actives biaisées et la friction subie par une particule, elle entrera dans un état « verrouillé » – confinant son mouvement à une petite région. Lorsque sa force motrice domine plutôt le frottement, la particule se déplacera de manière persistante sur une ligne essentiellement droite: entrant dans un état « d’entraînement ».

Alternativement, la particule peut basculer entre les états verrouillé et en cours d’exécution, ou entre deux états de fonctionnement différents. Lorsque le système est soumis à un bruit aléatoire, la vitesse moyenne des particules change en fonction de l’intensité du bruit, mais leurs mouvements restent toujours dans l’un de ces quatre états.