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Superstatistical generalised Langevin equation

  • Recent advances in single particle tracking and supercomputing techniques demonstrate the emergence of normal or anomalous, viscoelastic diffusion in conjunction with non-Gaussian distributions in soft, biological, and active matter systems. We here formulate a stochastic model based on a generalised Langevin equation in which non-Gaussian shapes of the probability density function and normal or anomalous diffusion have a common origin, namely a random parametrisation of the stochastic force. We perform a detailed analysis demonstrating how various types of parameter distributions for the memory kernel result in exponential, power law, or power-log law tails of the memory functions. The studied system is also shown to exhibit a further unusual property: the velocity has a Gaussian one point probability density but non-Gaussian joint distributions. This behaviour is reflected in the relaxation from a Gaussian to a non-Gaussian distribution observed for the position variable. We show that our theoretical results are in excellentRecent advances in single particle tracking and supercomputing techniques demonstrate the emergence of normal or anomalous, viscoelastic diffusion in conjunction with non-Gaussian distributions in soft, biological, and active matter systems. We here formulate a stochastic model based on a generalised Langevin equation in which non-Gaussian shapes of the probability density function and normal or anomalous diffusion have a common origin, namely a random parametrisation of the stochastic force. We perform a detailed analysis demonstrating how various types of parameter distributions for the memory kernel result in exponential, power law, or power-log law tails of the memory functions. The studied system is also shown to exhibit a further unusual property: the velocity has a Gaussian one point probability density but non-Gaussian joint distributions. This behaviour is reflected in the relaxation from a Gaussian to a non-Gaussian distribution observed for the position variable. We show that our theoretical results are in excellent agreement with stochastic simulations.zeige mehrzeige weniger

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Verfasserangaben:Jakub Ślęzak, Ralf MetzlerORCiDGND, Marcin Magdziarz
DOI:https://doi.org/10.1088/1367-2630/aaa3d4
ISSN:1367-2630
Titel des übergeordneten Werks (Englisch):New Journal of Physics
Untertitel (Englisch):non-Gaussian viscoelastic anomalous diffusion
Verlag:Deutsche Physikalische Gesellschaft / Institute of Physics
Verlagsort:Bad Honnef und London
Publikationstyp:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache:Englisch
Datum der Erstveröffentlichung:07.02.2018
Erscheinungsjahr:2018
Veröffentlichende Institution:Universität Potsdam
Datum der Freischaltung:28.03.2018
Freies Schlagwort / Tag:anomalous diffusion; generalised langevin equation; non-Gaussian diffusion; superstatistics
Band:20
Ausgabe:023026
Seitenanzahl:25
Erste Seite:1
Letzte Seite:25
Fördernummer:PA 2018_03
Organisationseinheiten:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
DDC-Klassifikation:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Peer Review:Referiert
Fördermittelquelle:Publikationsfonds der Universität Potsdam
Publikationsweg:Open Access
Lizenz (Englisch):License LogoCreative Commons - Namensnennung 3.0 Unported
Externe Anmerkung:Zweitveröffentlichung in der Schriftenreihe Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe ; 413
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