異なる微視的相互作用に共通するネマティック秩序のモード選択構造

抄録

細胞など極性をもつ構成要素は、異なる微視的相互作用を介してネマティックな集団秩序を形成しうる。しかし、これらの相互作用が共通の角度モード選択構造をもつかどうかは明らかではない。本研究では、構成要素間の相互作用を角度カーネルとして表現し、そのフーリエモードの成長率を解析した。物理的に異なる5つの機構はいずれも、第2モードのみが不安定となる共通のモード選択構造を示し、粒子シミュレーションにおいてネマティック秩序が優勢な状態を形成した。理論的に予測された第2モードの成長率は、秩序形成初期に測定された成長率と整合した。これに対し、頭尾対称性をもつ直交固定相互作用では、第2モードの成長率が負となり、ネマティック秩序が形成されなかった。極性対称性を破る摂動を加えた場合、極性モードが不安定化する領域を超えても、ネマティック優勢の秩序形成は維持された。一方で強い摂動下では、混合状態および極性秩序が優勢な状態へ向かう幅広いクロスオーバーが生じた。これらの結果は、対称性と動的なモード選択が異なる役割をもつことを示す。すなわち、対称性は許容される角度構造を制約するのに対し、成長率スペクトルはどのモードが線形に増幅されるかを決定する。