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Infinite density and relaxation for Levy walks in an external potential

  • Levy walks are continuous-time random-walk processes with a spatiotemporal coupling of jump lengths and waiting times. We here apply the Hermite polynomial method to study the behavior of LWs with power-law walking time density for four different cases. First we show that the known result for the infinite density of an unconfined, unbiased LW is consistently recovered. We then derive the asymptotic behavior of the probability density function (PDF) for LWs in a constant force field, and we obtain the corresponding qth-order moments. In a harmonic external potential we derive the relaxation dynamic of the LW. For the case of a Poissonian walking time an exponential relaxation behavior is shown to emerge. Conversely, a power-law decay is obtained when the mean walking time diverges. Finally, we consider the case of an unconfined, unbiased LW with decaying speed v(r ) = v0/./r. When the mean walking time is finite, a universal Gaussian law for the position-PDF of the walker is obtained explicitly.

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Verfasserangaben:Pengbo Xu, Ralf MetzlerORCiDGND, Wanli Wang
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevE.105.044118
ISSN:2470-0045
ISSN:2470-0053
Pubmed ID:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35590616
Titel des übergeordneten Werks (Englisch):Physical review
Untertitel (Englisch):Hermite polynomial approach
Verlag:American Physical Society
Verlagsort:College Park
Publikationstyp:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache:Englisch
Datum der Erstveröffentlichung:14.04.2022
Erscheinungsjahr:2022
Datum der Freischaltung:22.02.2024
Band:105
Ausgabe:4
Aufsatznummer:044118
Seitenanzahl:15
Fördernde Institution:China Postdoctoral Science Foundation [8206300491]; German Science; Foundation (DFG) [ME 1535/12-1]; Foundation for Polish Science (Fundacja; na rzecz Nauki Polskiej, Humboldt Polish Honorary Re-search; Scholarship); National Natural Science Foundation of China [12105243];; Zhejiang Province Natural Science Foun-dation [LQ22A050002]
Organisationseinheiten:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
DDC-Klassifikation:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 52 Astronomie / 520 Astronomie und zugeordnete Wissenschaften
5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Peer Review:Referiert
Lizenz (Deutsch):License LogoCC-BY - Namensnennung 4.0 International
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