Reaction-Diffusion Processes On regular and random graphs
Angelo Vulpiani
- Dep. Physics
Università “Sapienza” Roma
jeudi 18 juillet 2013
Reaction-Diffusion Processes On regular and random graphs Angelo - - PowerPoint PPT Presentation
Reaction-Diffusion Processes On regular and random graphs Angelo Vulpiani Dep. Physics Universit Sapienza Roma jeudi 18 juillet 2013 Thanks to Federico Bianco Universit Pierre et Marie Curie, Paris Raffaella Burioni Universit di
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Burioni et al. Reaction spreading on graphs Physical Review E 86, 055101(R) (2012) Bianco et al. Reaction spreading on percolating clusters Physical Review E 87, 062811 (2013)
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Progression of an epidemic process Vespignani Nature Phys 2011 Brain, social network, internet Chemical kinetic Benichou et al Nature Chem 2010 Chemical fronts in porous media Atis, Saha, Auradou, Salin, Talon PRL 2013
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reaction time-rate
ˆ L = 1 rd−1 ∂ ∂r
∂r
O'Shaughnessy) Effective diffusion
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θ(x, t + ∆t) = +∞
−∞
dwPα,∆t(w)θ(x − w, t + 0+) = +∞
−∞
dwPα,∆t(w)G(θ(x − w, t))
j→nθj(t)
n→n = 1 − 2W∆t
n→n−1 = P (∆t) n→n+1 = W∆t
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j→nθj(t)
j
j→nθj(t)
i→j
i→i
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t→∞ −2ln Pii(t)
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Spreading on a T-fractal where the front is in red. The percentage of quantity
pared to prediction tdl. For this graph dl = ln 3/ ln 2 ≃ 1.585, dl = 2 ln 3/ ln 5 ≃ 1.365.
ds
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Sierpinski carpet
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reaction spreading <=> short-time n random walkers
t
Sn(t) =
N
1 − C0j(t)n
Probability first passage at time t
F0j(t)
Probability no passage in j at time t Independent n walkers
Number of sites visited by n walkers
Validity regime
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the graph is globally connected
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Mean-field eq.
Fast reaction
Slow reaction
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10
−2
10 10
2
10
4
10
−2
10 10
2
10
4
10
6
t M(t)/! !=0.3 !=1 !=3 !=10 !=30 " td
l
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Chemical fronts in porous media Atis, Saha, Auradou, Salin, Talon PRL 2013
0.2 0.4 0.6 0.8 1 200 400 600 800 1000 !i i
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t→∞
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 vf(p)/vf(1) p Ly= 50 Ly=100 Ly=200 Ly=400 0.4 0.5 50 100 200 400 vf(pc)/vf(1) Ly
p ≈ pc Np ∼ Ldf
y
Ly = Ldf −1
y
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t→∞
small
large
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m(t) ∼ tdl. m(t) ∼ r(t)df . Therefore r(t) ∼ tdl/df , and v = dr
dt ∼ tdl/df −1 ∼
r1−dmin, where dmin = df
dl . Furthermore, if the linear size of the region is r < ξ,
where ξ is the correlation length the cluster is self-similar and then v ∼ ξ1−dmin. Moreover, analysis of the percolation phase transition gives ξ ∼ |p−pc|−ν, with ν = 4/3 for d = 2 [?], which gives the final scaling v ∼ (p − pc)γ, where γ = −ν(1 − dmin). For the average velocity, the scaling is: u(p) = P(p)vf(p) vf(1) ∼ P(p) p − pc 1 − pc γ .df (1)
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