論文の概要: Brownian ratchets and pumps universally simulate many-body active dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.01231v1
- Date: Wed, 01 Jul 2026 17:59:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-02 19:56:08.022475
- Title: Brownian ratchets and pumps universally simulate many-body active dynamics
- Title（参考訳）: ブラウンラチェットとポンプは多体運動力学を普遍的にシミュレートする
- Abstract要約: 2つの単純な駆動機構がスピン系の任意の局所的活動力学を普遍的にシミュレートできることが示される。
ラチェットは、安定した熱電流を使って、新しい集団的挙動を自律的に生成し、安定させることができることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.037698834517240744
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Active systems can exhibit a broad range of phenomena forbidden in equilibrium. Their dynamics are often specified by abstract local update rules, and it is generally unclear when the same behavior can arise from physically natural driving. Here we show that two simple driving mechanisms can universally simulate any local active dynamics in spin systems. The first is the familiar setting of a time-periodic Hamiltonian coupled to a cold bath, which we call a "many-body Brownian pump." As a second mechanism, we promote the Brownian ratchet, traditionally a mechanism for transport, to a "many-body Brownian ratchet": a static Hamiltonian coupled to a hot bath and a cold bath, where the resulting steady heat current can be harnessed not only to drive transport but also to generate local active dynamics. Using probabilistic cellular automata as an explicit model, we prove that for any continuous-time (or discrete-time) local active dynamics, there is always a many-body Brownian ratchet (or pump) that approximates the dynamics, up to noise that can be made arbitrarily weak by tuning energy scales and other parameters. As a concrete demonstration, we construct a simple ferromagnetic Ising ratchet on a bilayer lattice. When the two layers are coupled to baths at different temperatures, this model serves as a robust classical memory even under a symmetry-breaking field, something impossible in equilibrium. More broadly, our work shows that ratchets can use steady heat currents to autonomously generate and stabilize novel collective behavior, realizing a new static setting for nonequilibrium many-body dynamics.
- Abstract（参考訳）: アクティブシステムは、平衡で禁止される幅広い現象を示すことができる。
それらのダイナミクスは、しばしば抽象的な局所的な更新規則によって規定される。
ここでは、2つの単純な駆動機構がスピン系の任意の局所的活動力学を普遍的にシミュレートできることを示す。
1つ目は、冷水浴に繋がった、時代遅れのハミルトンの慣れ親しんだ設定であり、これは「多くの身体のブラウンポンプ」と呼ばれている。
第2のメカニズムとして、伝統的に輸送のメカニズムであるブラウン式ラチェットを、熱湯と冷湯に結合した静的ハミルトン式ラチェットに促進する。
確率的セルオートマトンを明示的なモデルとして用いて、任意の連続時間(または離散時間)の局所的活動力学に対して、エネルギースケールや他のパラメータをチューニングすることによって任意に弱くなるノイズまで、力学を近似する多体ブラウンラチェット(またはポンプ)が存在することを証明した。
実演として,2層格子上に単純な強磁性Isingラチェットを構築する。
2つの層を異なる温度で浴槽に結合すると、このモデルは対称性破壊場の下でも堅牢な古典記憶として機能し、平衡では不可能なものとなる。
より広範に、我々の研究は、ラチェットが定常的な熱電流を使って、新しい集団的挙動を自律的に生成し、安定化し、非平衡多体力学の新しい静的設定を実現することができることを示している。
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