Войти
Среднеквадратичное смещение 
для различных типов аномальной диффузии Аномальная диффузия - это диффузионный процесс с не- линейная зависимость между среднеквадратическим смещением (MSD), σ r и временем, в отличие от типичного процесса диффузии, в котором MSD является линейной функцией времени. Физически MSD можно рассматривать как количество пространства, которое частица «исследовала» в системе. Примером аномальной диффузии в природе является субдиффузия, которая наблюдалась в ядре клетки, плазматической мембране и цитоплазме.
В отличие от типичной диффузии, аномальная диффузия описывается степенным законом, σ r ~ Dt, где D - коэффициент диффузии, t - затраченное время. В типичном процессе диффузии α = 1. Если α>1, явление называется супердиффузией. Супердиффузия может быть результатом активных клеточных транспортных процессов. Если α <1, частица претерпевает суб- диффузию.
Роль аномальной диффузии привлекала внимание в литературе для описания многих физических сценариев, наиболее заметно в перегруженных системах, например диффузия белка внутри клеток или диффузия через пористая среда. Субдиффузия была предложена как мера макромолекулярной скученности в цитоплазме. Было обнаружено, что уравнения, описывающие нормальную диффузию, не могут характеризовать некоторые сложные диффузионные процессы, например процесс диффузии в неоднородной или гетерогенной среде, например пористая среда. Уравнения дробной диффузии были введены для описания феномена аномальной диффузии.
Недавно аномальная диффузия была обнаружена в нескольких системах, включая ультрахолодные атомы, скалярное перемешивание в межзвездной среде, теломеры в ядре клеток, ионные каналы в плазматическая мембрана, коллоидные частицы в цитоплазме, перенос влаги в материалах на основе цемента и червеобразные мицеллярные растворы. Аномальная диффузия была также обнаружена в других биологических системах, в том числе в интервалах сердцебиения и в последовательностях ДНК.
Ежедневные колебания климатических переменных, таких как температура, можно рассматривать как шаги случайного блуждания или распространения, и было обнаружено, что они аномально.
В 1926 году, используя метеозонд Льюис Ричардсон, продемонстрировал, что атмосфера демонстрирует супердиффузию. В ограниченной системе длина перемешивания (которая определяет масштаб преобладающих перемешивающих движений) задается константой Кармана согласно уравнению 
Представляет интерес в научных кругах. сообщества, когда обнаруживается процесс диффузии аномального типа, задача состоит в том, чтобы понять лежащий в основе механизм, который его вызывает. Существует ряд структур, которые приводят к аномальному распространению, которые в настоящее время являются модными в сообществе статистической физики. Это дальнодействующие корреляции между сигналами случайных блужданий в непрерывном времени (CTRW) и фракционного броуновского движения (fBm), диффузией коллоидных частиц в бактериальных суспензиях и диффузией в неупорядоченных средах. Аномальная субдиффузия в клеточном цитозоле может быть артефактом, возникающим в результате использования полидисперсных зондов для измерений.
Один важный класс аномальной диффузии относится к случаю, когда коэффициент масштабирования MSD увеличивается со значением больше 2. Такой случай называется гипербаллистической диффузией, и он наблюдался в оптических системах.
.
