活性物质的统计物理：从微观驱动到宏观集体行为
活性物质（Active Matter）代表了一类普遍存在却极具挑战性的非平衡物质状态。与传统统计物理所研究的平衡或近平衡体系不同，活性物质的根本特征在于能量注入的局域性与持续性——体系中每个个体单元均能自主将化学自由能或其他形式的储存能量转化为定向力学运动，从而在微观层次上持续驱动整个体系偏离热力学平衡态。这一机制从根本上打破了经典统计物理中关于涨落-耗散定理、细致平衡原理以及平衡态配分函数描述的适用前提，使得活性物质成为非平衡统计物理前沿研究对象之一。
活性物质个体的局域运动通过空间相互作用（位阻、流体力学耦合、化学信号等）在大尺度上涌现出令人惊叹的集体行为——从细菌湍流、细胞迁移中的极化波，到细胞骨架的自组织收缩结构，再到鸟群、鱼群的集体定向运动。这些现象的出现揭示了活性物质体系中对称性破缺、序参量动力学与相变的丰富物理内涵。如何从微观个体动力学出发，系统地建立描述介观和宏观集体行为的流体动力学方程（粗粒化理论），是活性物质领域的核心理论任务。这一问题深刻联系着非平衡统计力学的基础问题，也是连接微观模型与宏观可观测量的关键桥梁。
本研究组长期致力于活性物质体系的数值模拟与理论建模，以统计物理为核心工具，围绕细菌、细胞、细胞骨架及自驱动颗粒等典型模型体系，系统探索活性物质中的相变机制、集体动力学规律与自组织行为。目前重点开展以下四个方向的研究：
(1) 活性物质模型体系的相变及其动力学
探索活性体系中因非平衡驱动所诱导的新型相变行为，包括活性相分离（MIPS，运动诱导相分离）、极化有序-无序转变（Vicsek类相变）等，研究这些相变的临界行为、标度律及其与平衡相变的本质区别。
(2) 活性物质体系的拓扑结构与动力学
关注活性体系中拓扑缺陷（如向列相中的±1/2缺陷）的产生、运动与湮灭过程，以及拓扑结构对集体动力学的调控机制，揭示活性拓扑缺陷驱动的力学行为与生物学功能。
(3) 活性物质的微观模型与流体动力学方程理论
发展从微观粒子动力学出发的系统粗粒化方法，推导活性体系的水动力学场方程（Active Hydrodynamics），建立微观参数与宏观输运系数之间的定量联系，为理解活性流体的宏观行为提供坚实的理论基础。
(4) 细菌与胶体体系的理论计算及集体动力学
针对细菌悬浮液、活性胶体等具体实验体系，开展定量理论与计算研究，探讨游动策略、流体力学相互作用、化学趋向性等因素对集体运动模式形成的影响机制。