8/16登場分その2（色々：6報）
[2208.07263] Large-scale frictionless jamming with power-law particle size distributions
みんなjammed packingの研究するときは計算コストにひよって粒径比1:10程度までしかやらんやろ？でも現実系はそんなもんじゃないやろ？まじめにやろうぜ？という論文．
そもそも1:10すら扱ったことないマンとしては耳が痛い．
この論文では粒径がべき分布になっている系で最大粒径比が1:100程度のものを扱う．
これは三次元系の場合，体積比でいうとということになる．
このくらい幅をもたせるとしっかり粒径分布を再現するためには粒子数も膨大にする必要があるが，この論文では400万粒子を扱ってこれに取り組むらしい（すごいんやけどちょっと少なくないか？）
粒径比に差があると何が厄介かというと，粒径比が同程度の粒子計算の際に用いられる色んな計算高速化テクニックが使えなくなってしまう．
例えば，MDやDEMのような粒子ベースの計算を実行するときには計算負荷の大半は相互作用の計算になる．
なにも考えずに全粒子ペアの距離を計算して，必要に応じて粒子間に働く力を計算して．．．ということをすると計算負荷は粒子数の二乗ということになってしまい，
の桁が増えると太刀打ちできなくなる．
そこで通常はある程度相互作用rangeに入っていそうな粒子のペアだけを考えることができるように高速化を行い，計算量を程度まで小さくする．
しかし，粒径に大きな差があるときは上記のテクニックは上手くworkしない．
この論文ではneighbor binning法という最近開発されたアルゴリズムを用いることで400万という膨大な数の粒子を扱えるようにしている．
粒径分布を特徴づける冪指数と最大粒径比
を振りながらJammed packingを生成（constant pressure protocol）してその性質を調べているが，結果は結構複雑．
色々，こういう系特有の解析がなされていて興味深い：例えば図4ではcontact pairを拾ってきてその2粒子の粒径がどのように分布しているかを調べており，setupによって大きい粒子と小さい粒子が接触しやすかったり，中くらいの粒子を介しやすかったりという傾向の違いを定量化している．
[2208.06582] Coordinated Stress-Structure Self-Organization in Granular Packing
粉体系ではlocalな応力と構造が特定の相関を持つように自己組織化されているよね，ということでそういう相関を定量化する手法を提案している．
cell, cell order, cell orientation, cell stressという量を定義している．
まずcellは粒子間contactが形成されている点で囲まれた領域と定義されており，cellの中心はcellを形作るcontact pointsの重心（論文中の図1のポンチ絵がわかりやすい）．
cell orderはcellを取り囲む粒子の数（このcell orderの統計的性質が色々面白い性質を示すことは先行研究で示されているらしい）．
cell orientationはcellを楕円近似したときの長軸の向いた方向とcell stressの主軸方向の2種類を考える．
cell stressはちょっとややこしいがcellを取り囲む粒子たちのlocal stressの重み付け平均みたいなもの．
主応力比が摩擦係数等に依らずsingle curve（Weibull分布）にcollapseできることや，cellがthe local stress major principal axisの方向に配向することなど4つのstatementが提示されている．
[2208.06923] Predicting Creep Failure by Machine Learning -- Which Features Matter?
降伏応力未満の応力に対して長い時間をかけて材料が破断していくようなプロセスに対して機械学習を用いて予言を可能にしたいという試みらしい．
上記のような破断は実用上になることが多いというのは想像に難くない．
今後こういう機械学習を用いて複雑な現象を予言しようという試みは加速していくのかなという印象がある．
最近（むしろ少し前？）は機械学習分野では解釈可能AIという話が流行っていたしそのあたりの何らかの手法を使って色々やりまくるブームは来るのだろうか．
[2208.07309] Beyond Ising SK: m-vector, Potts, p-spin, spherical, induced moment, random graphs
"Spin Glass Theory and Far Beyond - Replica Symmetry Breaking after 40 years"の第3章．
きっとタイトルの通りのことが書いてあるのだろう．
[2208.07214] Generalization of Kuramoto model in vector product form
これもきっとタイトル通りのことが書いてあるのだろう．
NVIDIAの回し者か？というくらいGPUについての記述が多かったので著者リスト見てみたらNVIDIAの人がいた．
NVIDIAの人が著者にいると「中の人によるスペック解説だ！」という感想になる不思議．
petaとはteraの上でという意味．タイトルはそのくらいの四則演算回数が必要な計算を行いました，という意味ぽい．
初めは個くらいの粒子を扱ったのかと思ってしまったが，そもそもメモリ的にそんな演算は難しそうですね．
計算としてはpolymer chainのdynamicsを対象にしていて，ポリマーの構成ビーズ間に流体力学的相互作用（HI）も考えたいらしい．
HIはRotne-Prager-Yamakawa tensorでimplement．
【A】8/16登場分その1（Active matter関係：5報）
[2208.06597] Emergent Metric-like States of Active Particles with Metric-free Polar Alignment
タイトルの意味がパットはわからなかったが，k-nearest neighbor（KNN）とinteractさせてたはずやのに特徴的長さスケールが現れてきたりするで？という意味らしい．
モデルにはKNNと相互作用するVicsekモデルを用いている．
algnmentの強さgとペクレ数Peの2軸（ともに無次元）で貼られる相図上でalignmentのようすを調べると，gの値に依存して2種類の転移が観察されたという話．
gはノイズ強度で無次元化されたalignmentの強さみたいなもので，Peはself-propulsionと密度の積をノイズ強度で無次元化したものが定義になっている．
gが低いときにはcontinuous transitionが起こるらしいが，gが大きい領域では不連続転移となるらしい．
これらの二種類の転移を特徴づける転移線は相図上で異なる直線になっているように見える．
2つ目の不連続転移では複数の粒子が固まってできるクラスターがpersistentに存在し，このクラスターが実行的な粒子として一定の相互作用距離を持った粒子のように振る舞うらしい．
不思議だな？
ーーー以下の論文は同じ著者のもので，いずれも出版が決定した原稿をarxivにもあげたものらしい：
GENERIC（general equation for the nonequilibrium reversible-irreversible coupling）ベースでmicroswimmerのmean-fieldモデルを構築してみたという話．
Reversibleなpartはエネルギーの空間勾配で，irreversibleなpartはエントロピーの勾配で扱ってやって双方の効果を取り込んだ時間発展方程式を考えようというのがGENEIRICの考え方らしい（両者が分離できるというのを要請にしている？）．
非平衡系でも使えるのが特徴だそうな．
また，GENERICを使うと複雑なソフトマター系の粗視化模型の熱力学的consistencyもチェックできるらしい．そうなのか．
swimmerとしてはbead-spring Janus dumbbellを考えている．
バネで結ばれた2つのビーズのうち片方のみが化学反応を起こすということ．
溶媒中のreactantの濃度勾配がdynamicsとどのようにcoupleするかは結構難しい問題だと思うがそこは結構えいや！で計算しやすくしている印象だった．
この大胆な近似の下で熱力学的consistencyはどうなっているのかがパッとは読み取れなかった．
実験や数値計算と何かしらの比較をしらたどのくらい合うのか気になるが，どういう実験・数値計算と比較したら良いかも難しい．
上の論文で提案した平均場模型を使ってActive gelのtheologyを扱ってみたという話．
熱の効果と分子モーターの効果のcoupling termがrheologyに効いていたということ．
色んな系で似た報告がなされているし，やっぱりそうなるんだろうなぁ．
[2208.06831] Pulsating active matter
非自走粒子型Active matterもconfluent（シャーレとかをみちみちに満たしている状態）になったら色々起こるじゃろうが，という話．
一般的なsetupの下で実験的に観察されていたcontraction waveが出ることを説明している．
また，秩序変数場の連続体記述を導き反応拡散系感が出てる理由も説明している．
[2208.06848] Nonequilibirum steady state for harmonically-confined active particles
【A】8/15登場分（3報）
トポロジカルデータ解析と教師なし学習を組み合わせてシリカガラスの特異性について調べたという論文．
なるほどね〜という上手い手法になっている．
シリカの密度の温度依存性を調べるとある温度で最大(この論文のsetupでは@約5000K)・最小値(同＠約3000K)を示す特徴的なカーブになることが知られていたが，それがどういう構造的特徴を反映しているかは知られていなかったらしい．
この論文ではSi原子の1次元トポロジー（つまり輪っかですよね？）の変化が関係していることを明らかにしたらしい：密度が最大・最小になるとき両方で関係しているそうな．
ちなみにO原子どうしやSi-Oの結合のトポロジーはもっと低温で変化するらしい．
非常に面白い結果だったが欲を言うとシリカ特有の性質かどうかが少し気になった（特有であってもめっちゃすごい結果ですが）．
2つの特徴的な温度（密度の値が最大・最小になる温度）がガラス転移関係の温度（onset温度やMCT温度，実験室ガラス転移温度など）と関係しているということになったら他の系でも測定してみたくなってしまう．
どうやって測定するのかわからないけども．．．
以下，トポロジカルデータ解析について
トポロジカルデータ解析というとPersistent homologyを使ったpersistent diagram（PD）というのが有名だと思う（というか僕はそれしか知らない：初出はこの論文？）．
この論文でもそれを使用しているみたい．
PDはbirthとdeathという2軸で貼られた平面上に各"ring"の特性をplotして作成されると認識している．
birthとdeathというのは各"ring"が生成・消滅する時の粒子サイズであり，以下のように算出される．
- まず，解析対象とする点群を用意する．
- 各質点を中心とし，半径rの球を考える．
- 球径rを0から大きくしていくと，どこかのタイミングである輪っかが生成される（各質点が球を介してつながる）タイミングがある：これがその輪っかのbirth値となる．
- さらに球径を大きくしていくと，上で生成された輪っかが急で充足されて消失するタイミングがある：これがその輪っかのdeath値となる．
点群からbeforehandに何個の輪っかがあるかわわからないが，解析した結果輪っかが何個あるか・およびそのbirth値death値が得られることになる．
birth値を横軸，death値を縦軸にして各輪っかの値を散布図上にplotしたものがPDである．
定義上，各輪っかを表すscatter plotはすべてdaeth=birth直線の上側に存在する．
クラスタリング解析をかけるときは異なる温度で測定してきたPDの集合に対してクラスタリング解析をかけ，性質の似たPDを分類しているということだと思う．
なるほどね〜という上手い手法だ．
[2208.06055] Acoustically levitated lock and key grains
このちょっと前に話題になったPRX論文の著者らの新作．
鍵と鍵穴の関係にあるような特殊な形の粒子を作ってみて音波によって浮遊させた状態でmanipulateしてやろうかという話．
音波強度を大きくしていくと有効温度に対応するようなゆらぎが現れるようだが，それによっていい感じに鍵がはまったりはまらなかったりするということのよう．
特殊な形状の小さな粒子は３Dプリンタで作っているらしい．
今後そういうミクロな構造を作り込んだ粒子の自己組織化構造物の組み立てなどをこういう操作で行えるようになるということか？
[2208.06048] Exact solution for the Darcy law of yield stress fluids on the Bethe lattice
Darcy lawの厳密解ということで!?となった．
Directed polymerにmapして考えて，それとDerridaのRandom Energy Modelとの経験的な不等式関係を利用しているらしい．
確かにporus media内の浸潤のようすとTreeの様子は似ている．
【A】8/10,11,12登場分（2+2+4報）
最近友あり遠方より（zoomで）来たるで溜め込んでしまったので3日分あります．
肋骨はだいぶ癒えてきて夜中に痛みで起きる回数が減ってきたしそこそこの運動強度の運動はできるようになった．
8/10登場分
[2208.04513] Vibration-induced fracturing in fine-powders
粉体はその流動化のしやすさからA~Dのクラスに分類されることがあるらしい（Geldartの分類）．知らなかった．
その中でもクラスCの粉体粒子は特に流動化が困難なのでそのクラスCを対象に流動化特性を色んな条件下で調べ倒そうという実験論文．
パラメータもかなり多いのでどう料理していいか難しそうなお題だが，流動化に伴う粉体層の破断に着目してうまく知見を引き出せている．
ただ，図の見方は難しい．
以下ですべてかはわからないがこの論文で得られた知見として
・相図上に4つの異なる相が現れる（consolidation, static fracture, dynamic fracture, convective fracture）
・consolidation相とfracture相の境界は無次元化した加振強度に依存
・Dynamic fracture相でのdecompaction wave propagating speed (ひびの伝播速度のこと？)は加振強度に依らない
・Geometry依存性を調べると円形で半球の底になっているものがもっとも効率よく流動化可能
などが挙げられている．
containerのgeometryにも依存するというのはsimulationでバルクばっかり見ているとなかなか出てこない発想だなと思った．
系がかなり複雑だが，こういう相図の理解を目指す理論・数値計算もそのうち進展していくのだろうか．
[2208.04397] Entropy of rigid k-mers on a square lattice
k-mer（k個の粒子が剛体棒状になったもの）がsquare latticeを埋め尽くすときの構造エントロピーを計算したという論文．
transfer matrixを使って数値計算でestimateしているということか？
2粒子のみが結合したdimerについては厳密解が求まるらしい．
8/11登場分
[2208.05295] Resolving entropy contributions in nonequilibrium transitions
非平衡では温度や圧力はいまいちうまく定義できないので，それらに立脚して非平衡相転移なんかを記述するための一般的なフレームワークを構築するのは難しい．
一方，エントロピーは非平衡系でも平衡系とconsistentな形の定義でうまくworkしているように見えるので非平衡系の熱力学-likeな議論はエントロピーでしたらええやん，という話はある．
しかし素朴にShannonエントロピーを計算しようと思うと，確率分布関数を完全に書き下さないといけない問題がでてきて，一部の解析的な性質の良いモデル系以外で測定するのは現実的ではないやないか問題が存在する．
この論文では着目自由度以外についていい感じに周辺化したりして相関関数からエントロピーのupper boundを得る方法を提案している．
ある種の転移が起きた際には一部のミクロな自由度に起因するエントロピーの寄与が急激に小さくなるなどするので転移が検出可能になると主張されている．
相関関数は任意の系で数値計算でも実験でも測定可能というのが大きなメリット．
この論文ではVicsekモデルの秩序-無秩序相転移の数値計算結果と粉体実験における結晶-非晶質hyperuniform相転移を対象にdemonstrationを行っている．
有限サイズスケーリングは調べずにシステムサイズ固定でパラメータ変化に対する秩序変数の変化の仕方と提案するエントロピーの見積もりの変化を比較している．
定性的にはよく整合していて興味深い．
色んな自由度についての相関関数で測定した結果を並べることで転移に寄与する自由度を特定するという使い方ができるということらしい．
自分の系でも測定してみたくなる話だなと感じた．
[2208.05417] Quantum Glasses -- a review
"Spin Glass Theory and Far Beyond - Replica Symmetry Breaking after 40 years"の18章らしい．
量子ガラスなんもわからんマンとしてはこのお盆休みに対局をお願いしたい気持ちが強くある．
8/12登場分
[2208.05725] Nonphononic spectrum of two-dimensional structural glasses
ガラスの低周波モードをとことん観察することに定評のある著者たちの論文．
ガラスの基準振動モードを調べると，デバイ理論が予測するphononの他に謎の局在振動モードがあることが2016年位からわかりはじめてきた．
その局在モードは周波数の関数として経験的に冪的に振る舞うことが知られており（平均場でもそうなる模型がたくさん作られている），その冪の値は4くらいになることが多いが，少し小さくなるときもありこれまでに色んな議論があった．
本当に色々あった結果三次元ではかなりuniversalに4乗になると信じられている．
今回の結論は二次元でも4乗がuniversalだろうというもの．
しかし，ファイナルアンサー？と聞きたくなるくらい紆余曲折ある話題なので今後も注視していきたい．
[2208.05866] The RFOT Theory of Glasses: Recent Progress and Open Issues
RFOTについては最近WolynesさんのReviewが出たところなのに別のreviewも出てきた．
主眼が違うのでいいのかもしれないし，それだけ注目トピックということかもしれない．
そんな注目トピックのOpen Issuesを教えてくれるというのは良いReview論文ですね．
[2208.05935] When does an impacting drop stop bouncing?
子供にタイトルのような質問をされたときはこれを読むことにしようというメモ．
こんな質問をしてくれるように育ったらそれだけで父は嬉しい．
[2208.05937] Nonexistence of motility induced phase separation transition in one dimension
タイトルの通りの結論が一般に成立するとすると，交通渋滞はMIPSではないということなのか？
一方通行の場合はMIPSとそもそも呼ばないのか？
一般的な定義かはわからないが，この論文の定義でいくとreorientatioinがないと確かに駄目な気もする．
【A】8/8&8/9登場分（2+5報）
8/8
[2208.02929] Nonlinear Dynamics, Avalanches and Noise for Driven Wigner Crystals
Wigner結晶に外場をかけて応答を見ようという話．
小並感的には確かにWigner結晶に外場をかけてみてもいいもんなぁと思った．
相図が想像を遥かに超えて複雑だった．
avalancheのべきは割と平均場depinningに近いのね．
この著者の人たちは広い話題で次々論文を出されてて毎度驚かされる．
[2208.03297] Counter-flow induced clustering: exact results
厳密解が導出可能なASEP模型でclusteringが表現できたという論文のはず．
ちょっと前にも長めのASEP論文出していたところなのにすごい．
ASEPはいつか勉強することになるんやろなと思っていたけど今の所ご縁のないまま歳だけ重ねてしまっている．
8/9
[2208.04090] Avalanches and deformation in glasses and disordered systems
"Spin Glass Theory and Far Beyond - Replica Symmetry Breaking after 40 Years"のchapterがまた一つ来ていた．
"the mean field theory of epidemics, the depinning transition of an elastic manifold in a disordered environment, the plasticity of simple yield stress materials and the jamming transition in granular systems"の4つを対象系にしている．
う〜んという感じだった．
[2208.04234] Avoiding critical slowdown in models with SALR interactions
タイトルのSALRはshort-range attractive and long-range repulsive interactionsということらしい．
The axial next-nearest neighbor Ising (ANNNI)モデルというものを考えて特別な状況ではslowing downを避けて40倍程度高速に計算できる手法を開発したということらしい．
通常のrod粒子ではWissenberg効果が観察されるようなセットアップで，テトラポッド（実際は棒が6本生えているhexapodsらしい）みたいな非convex粒子にぐるぐる外場を与えるとWissenberg効果とは逆に真ん中がベコッと凹むよ，という話．
なぜこういうセットアップで実験をしようと思ったんだろうなぁと思った．
こういう面白い現象が観察される見込みがあったのだろうか．
結果についてはそもそもこういうセットアップではrod粒子ではWeissenberg効果が観察されるん？というレベルだったので流し読みでも学びがあった．
というかWissenberg効果ってなんやっけ？というレベルだった．
高分子溶液に棒を浸してくるくる回すと高分子溶液が棒を登ってくるあれでした．
[2208.03365] Power laws in physics
Nature Review Physics向けのショートレビューのよう．
このシリーズshortすぎるのよ．
[2208.03802] Novel state of elastic media: Anomalous elasticity near phase transitions
abstractを眺めただけでも強いstatementが多くて胸焼けするレベルだったのでもう直接abstractを読んでみてほしい．
最後の一文は"Our theory establishes a one-to-one correspondence between the order of phase transitions and anomalous elasticity near the transitions."ということらしい．
めちゃ面白そう．
【A】8/4登場分（3報）
[2208.01848] Bose-Einstein-Like condensation of deformed random matrix: A replica approach
deformed random Wigner matrixのdeformed具合が特定の場合についてレプリカ理論で解析を行い最小固有値に対応する固有ベクトルがBose-Einstein的な凝縮を起こすことを示している．不思議だ．
でも全結合のvector spin glassでも似たような現象が報告されていたらしい．
Introに書かれている通り，構造ガラスの振動状態の数理的なtoyモデル的な感覚で調べているっぽい．
conventionalな平均場模型が予測する最小固有値モードはextendしてたけど有限次元で数値計算したらlocalizeしてるやんけ，ということで最近こういうrandom matrixのvariantが考案されてlocalizeした低周波modeが再現できることが示されていたらしい．
物理学会でお話聞けるかな？と思ったけどシンポジウムでお話されるのだった．
[2208.02206] Modern computational studies of the glass transition
最近みんなしてBerthierさんにReview論文執筆以来しすぎ問題があるな？
2022年だけで4本目くらいちゃうか？
しかもcomputation関係という観点で書かれたやつがあったぞ．
ゲルが生成されるときにはmonomerがくっついていってfractal構造が生成されるらしい．そんな気はする．
そして
最近シェルピンスキーの三角に基づいたisostaticな（marginally-rididな）ネットワークで確認されたことをきっかけにこういうfractal構造は転移点で観察される冪的な粘弾性と直接関連づけて考えられているらしい．
この論文では一般化されたシェルピンスキー的なルールで4つの同じfractal次元（=log3/log2）を持つfractalでisostaticなnetworkを構築して粘弾性を測定したところ，この4つの構造体の粘弾性が持つ冪は二通りに分かれたらしい．
connectivityが同程度でfractal次元まで指定しても粘弾性は一意に決定されないわね，という面白い結論．
どうもそのようやけど，ほんなら今のsetupの場合は後何が関わってくる可能性があるんですかね？
どうでもいいけど2nd authorの方は他の論文で存じ上げている方かどうかを調べようと思ってお名前でぐぐったら無数のダビデ像の頭部画像が出てきて驚いてしまった．
【A】8/3登場分（3報）
"Dynamic density functional theory (DDFT) is a convenient framework to systematically construct continuum models for colloidal suspensions from knowledge of the particle-level interactions and dynamics using statistical mechanical principles."
ということらしい．
めっちゃ気になるやんけ，Dynamic density functional theoryか．．．と思って資料を探したらいい感じのレビュー論文が存在した（128ページ）．
この論文では"several commonly used free-energy functionals for drying hard-sphere suspensions"を比較してみるということをしているらしい（Brownian Dynamicsで得られた密度分布を正解と思ってそれと比較して精度検証：Drying processのmodelingはこういうものなのか，という印象だった）．
1成分系ではfundamental measure theoryというものが高精度でsimulation結果と整合しているが，2成分系ではどれも微妙な結果になっている．そうなるのか．
[2208.01583] Calorimetry for active systems
アブストラクトの時点でわからない言葉が複数あったので内容は理解できてませんが，Active matter系を対象に平衡系で用いられる道具を準備していくのは有意義かつ楽しそうですね．
2014年のTakatori & Brady論文からの怒涛の展開は傍から見てるだけでもすごくワクワクしました．
Rev. Mod. Phys. 94, 031002 (2022) - Colloquium: Multiscale modeling of brain network organization
もはやarxivではないんですけど，面白そうなレビュー論文が出ていました．
家からでは内容が読めないですが，Rev. Mod. Phys.に出ているということは物理の人間に理解できる言葉で書いてあるんですかね？
図をペラペラ見てみた感じそんなことはない気がするけど．．．
これを読んでみて自分の研究のどういう部分が脳みそに関係してそうかを考えるのは楽しそう．
