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Absence of stationary states and non-Boltzmann distributions of fractional Brownian motion in shallow external potentials

  • We study the diffusive motion of a particle in a subharmonic potential of the form U(x) = |x|( c ) (0 < c < 2) driven by long-range correlated, stationary fractional Gaussian noise xi ( alpha )(t) with 0 < alpha <= 2. In the absence of the potential the particle exhibits free fractional Brownian motion with anomalous diffusion exponent alpha. While for an harmonic external potential the dynamics converges to a Gaussian stationary state, from extensive numerical analysis we here demonstrate that stationary states for shallower than harmonic potentials exist only as long as the relation c > 2(1 - 1/alpha) holds. We analyse the motion in terms of the mean squared displacement and (when it exists) the stationary probability density function. Moreover we discuss analogies of non-stationarity of Levy flights in shallow external potentials.

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Verfasserangaben:Tobias GuggenbergerORCiDGND, Aleksei ChechkinORCiDGND, Ralf MetzlerORCiDGND
DOI:https://doi.org/10.1088/1367-2630/ac7b3c
ISSN:1367-2630
Titel des übergeordneten Werks (Englisch):New journal of physics : the open-access journal for physics
Verlag:Dt. Physikalische Ges.
Verlagsort:[Bad Honnef]
Publikationstyp:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache:Englisch
Datum der Erstveröffentlichung:07.07.2022
Erscheinungsjahr:2022
Datum der Freischaltung:12.01.2024
Freies Schlagwort / Tag:Boltzmann distribution; diffusion; fractional Brownian motion
Band:24
Ausgabe:7
Aufsatznummer:073006
Seitenanzahl:18
Fördernde Institution:German Science Foundation (DFG) [ME 1535/12-1]; Polish National Agency; for Academic Exchange (NAWA); German Research Foundation (DFG); [491466077]
Organisationseinheiten:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
DDC-Klassifikation:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 51 Mathematik / 510 Mathematik
5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Peer Review:Referiert
Publikationsweg:Open Access / Gold Open-Access
DOAJ gelistet
Lizenz (Deutsch):License LogoCC-BY - Namensnennung 4.0 International
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