<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2017.00052</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>The Role of Fractional Time-Derivative Operators on Anomalous Diffusion</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Tateishi</surname> <given-names>Angel A.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/476962/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Ribeiro</surname> <given-names>Haroldo V.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/72779/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Lenzi</surname> <given-names>Ervin K.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/487423/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Departamento de F&#x000ED;sica, Universidade Tecnol&#x000F3;gica Federal do Paran&#x000E1;</institution>, <addr-line>Pato Branco</addr-line>, <country>Brazil</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Departamento de F&#x000ED;sica, Universidade Estadual de Maring&#x000E1;</institution>, <addr-line>Maring&#x000E1;</addr-line>, <country>Brazil</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Departamento de F&#x000ED;sica, Universidade Estadual de Ponta Grossa</institution>, <addr-line>Ponta Grossa</addr-line>, <country>Brazil</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Matja&#x0017E; Perc, University of Maribor, Slovenia</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Jordan Yankov Hristov, University of Chemical Technology and Metallurgy, Bulgaria; Angel R. Plastino, National University of Northwestern Buenos Aires, Argentina</p></fn>
<fn fn-type="corresp" id="fn001"><p>&#x0002A;Correspondence: Haroldo V. Ribeiro <email>hvr&#x00040;dfi.uem.br</email></p></fn>
<fn fn-type="other" id="fn002"><p>This article was submitted to Interdisciplinary Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>25</day>
<month>10</month>
<year>2017</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2017</year>
</pub-date>
<volume>5</volume>
<elocation-id>52</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>11</day>
<month>09</month>
<year>2017</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>05</day>
<month>10</month>
<year>2017</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2017 Tateishi, Ribeiro and Lenzi.</copyright-statement>
<copyright-year>2017</copyright-year>
<copyright-holder>Tateishi, Ribeiro and Lenzi</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>The generalized diffusion equations with fractional order derivatives have shown be quite efficient to describe the diffusion in complex systems, with the advantage of producing exact expressions for the underlying diffusive properties. Recently, researchers have proposed different fractional-time operators (namely: the Caputo-Fabrizio and Atangana-Baleanu) which, differently from the well-known Riemann-Liouville operator, are defined by non-singular memory kernels. Here we proposed to use these new operators to generalize the usual diffusion equation. By analyzing the corresponding fractional diffusion equations within the continuous time random walk framework, we obtained waiting time distributions characterized by exponential, stretched exponential, and power-law functions, as well as a crossover between two behaviors. For the mean square displacement, we found crossovers between usual and confined diffusion, and between usual and sub-diffusion. We obtained the exact expressions for the probability distributions, where non-Gaussian and stationary distributions emerged. This former feature is remarkable because the fractional diffusion equation is solved without external forces and subjected to the free diffusion boundary conditions. We have further shown that these new fractional diffusion equations are related to diffusive processes with stochastic resetting, and to fractional diffusion equations with derivatives of distributed order. Thus, our results suggest that these new operators may be a simple and efficient way for incorporating different structural aspects into the system, opening new possibilities for modeling and investigating anomalous diffusive processes.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>fractional-time operators</kwd>
<kwd>anomalous diffusion</kwd>
<kwd>continuous time random walk</kwd>
<kwd>fractional order derivatives</kwd>
<kwd>fractional calculus</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">462067/2014-9</contract-num>
<contract-num rid="cn001">440650/2014-3</contract-num>
<contract-num rid="cn001">303642/2014-9</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient&#x000ED;fico e Tecnol&#x000F3;gico<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100003593</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="3"/>
<table-count count="1"/>
<equation-count count="43"/>
<ref-count count="73"/>
<page-count count="9"/>
<word-count count="5817"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>The <italic>random walk</italic> concept is one of the broadest and versatile paradigms to deal with statistical fluctuations. The term &#x0201C;random walk&#x0201D; was coined in 1905 by Pearson [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], but the fundamental relationship between this concept and the usual diffusion equation was reported earlier in the seminal works of Rayleigh [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] in sound theory, Bachelier [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] in economics, Einstein [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], and von Smoluchowski [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] in the Brownian motion theory. Due to this intrinsic relation, the usual random walk is characterized by Gaussian, Markovian, and ergodic properties, which lead to a linear time dependence of the mean square displacement, (&#x00394;<italic>x</italic>)<sup>2</sup> &#x0007E; <italic>t</italic>. The versatility of this concept relies on the possibility of generalizations and extensions to describe systems with one or more characteristics of anomalous diffusion: non-Gaussian distributions; long-range memory effects (non-Markovian); non-ergodicity; divergent mean square displacement (L&#x000E9;vy walks); and nonlinear mean square displacement, (&#x00394;<italic>x</italic>)<sup>2</sup> &#x0007E; <italic>t</italic><sup>&#x003B1;</sup> (sub-diffusion: &#x003B1; &#x0003C; 1, superdiffusion: &#x003B1; &#x0003E; 1, confined or saturated diffusion: &#x003B1; &#x0003D; 0).</p>
<p>In the context of generalizations, the first landmark is the work proposed in 1965 by Montroll and Weiss [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>], in which they introduce the <italic>continuous time random walk</italic> concept (see [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] for a general overview). This framework is characterized by a joint distribution of jump length and waiting time &#x003C8;(<italic>x, t</italic>), where <inline-formula><mml:math id="M1"><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the jump length distribution and <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the waiting time distribution. Subsequently, a connection with a generalized master equation is proposed to discuss memory effects in the continuous time random walk [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]; the waiting time distribution &#x003C9;(<italic>t</italic>) is strictly related to the memory kernel of the generalized master equation. Moreover, natural extensions of both random walk and continuous time random walk were proposed to study transport properties in systems with structural complexity, such as disordered, random, and fractal environments [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>].</p>
<p>The second landmark, &#x0201C;a modern era of the continuous time random walk&#x0201D; according to Kutner and Masoliver [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], is the development of the intrinsic relationship between this formalism and the fractional diffusion equations. Among the seminal works, we have found a simple mention in the work of Klafter et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] on the possibility of having a fractional diffusion equation to describe anomalous transport. However, were Hilfer et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] that, 90 years after Einstein&#x00027;s work [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], established a rigorous and precise connection between the continuous time random walk and the fractional master equation as well as with the fractional diffusion equation (a special case of the former). This result was later extended by Compte [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] in the long-time limit, where it is shown that any decoupled continuous time random walk having no characteristic scale of time or space (power-law memories) corresponds to a time- or space-fractional diffusion equation, respectively with Riemann-Liouville time derivative or Riesz space derivate. The subsequent success and development of the fractional approach are well documented in two review articles by Meztler and Klafter [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>], and in several articles by Barkai [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>].</p>
<p>Since memory effects underlying a continuous time random walk are implicitly considered by the differential operators, the versatility of the fractional formalism is mainly related to two remarkable features. First, this formalism handles very well the physical requirements of a system by dealing boundary conditions and external forces in a simple manner. Second, it takes advantage of traditional tools from mathematical physics and statistics for obtaining exact expressions to describe complex systems with anomalous behaviors. For instance, in the following fractional differential equation</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M3"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E2"><mml:math id="M4"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>the nonusual relaxation can be associated with a continuous time random walk where the waiting time distribution is a power-law. This process is also strictly related to the Riemann-Liouville fractional operator [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]</p>
<disp-formula id="E3"><label>(2)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:none/></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where 0 &#x0003C; &#x003B1; &#x0003C; 1 is the <italic>fractional order exponent</italic> (or the <italic>anomalous exponent</italic>), a quantity that can be interpreted as an index of memory in empirical systems [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>]. The fractional operator is also responsible for introducing a nonlinear time dependence in the mean square displacement of the system [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. Thus, a large class of complex phenomena can be effectively described by extending the standard differential operator to a non-integer order [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>]; indeed, as pointed out by West [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>], the fractional calculus provides a suitable framework to deal with complex systems.</p>
<p>Recently, researchers have made and promoted remarkable progress toward improving experimental techniques for investigating diffusive processes, mainly illustrated by the developments in the single-particle tracking technique [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>]. Such improvements yield novel insights into transport properties of biological systems [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>] and nanomaterials [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>], where the high-resolution of the experiments has found different diffusive behaviors depending on the time scale. In this context, an important question is whether other forms of fractional differential operators (replacing the Riemann-Liouville one) such as those recently-proposed with non-singular kernels [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>] are suitable to describe the aforementioned situations. To answer this question, we investigate an one-dimensional diffusive process described by the fractional diffusion equation</p>
<disp-formula id="E4"><label>(3)</label><mml:math id="M6"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>D</italic> is the generalized diffusion coefficient. This equation is also subjected to the free diffusion boundary conditions <italic>&#x003C1;</italic>(&#x000B1;&#x0221E;, <italic>t</italic>) &#x0003D; 0 and to the initial condition <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>x</italic>, 0) &#x0003D; <italic>&#x003C6;</italic>(<italic>x</italic>).</p>
<p>The fractional operator in Equation (3) is defined as</p>
<disp-formula id="E5"><label>(4)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>in order to consider situations with singular and non-singular kernels in a unified way. It is worth noting that <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>) &#x0003D; &#x003B4;(<italic>t</italic>) recovers the usual diffusion equation. Here we consider three different forms for the kernel <inline-formula><mml:math id="M00"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>). The first one is</p>
<disp-formula id="E6"><label>(5)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which corresponds to the well-known Riemann-Liouville fractional operator [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>] for 0 &#x0003C; &#x003B1; &#x0003C; 1. The second one is</p>
<disp-formula id="E7"><label>(6)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which corresponds to the fractional operator of Caputo-Fabrizio [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B53">53</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B54">54</xref>]. As discussed in Caputo and Fabrizio [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>], the ratio &#x003B1;/(1&#x02212;&#x003B1;) maps the time from the range [0, &#x0221E;] to the range [0, 1] (see also [<xref ref-type="bibr" rid="B54">54</xref>] for details on the role of the fractional order &#x003B1;).</p>
<p>Finally, the third one is</p>
<disp-formula id="E8"><label>(7)</label><mml:math id="M10"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>E</italic><sub>&#x003B1;</sub>(&#x02026;) is the Mittag-Leffler function [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>]. This kernel corresponds to the fractional operator of Atangana and Baleanu [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>]. Further possibilities for the kernel <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>) are discussed by G&#x000F3;mez-Aguilar et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. We observe that the Riemann-Liouville operator have a singularity at the origin (<italic>t</italic> &#x0003D; 0), while the recently-proposed Caputo-Fabrizio and Atangana-Baleanu are non-singular operators [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>]. In the previous definitions, the parameter <italic>b</italic> is a normalization constant and &#x003B1; is the fractional order exponent.</p>
<p>Our main goal here is to verify how these different fractional operators modify the fractional diffusion Equation (1) and what are the effect of these choices on the underlying diffusive properties of a system modeled by this equation. The rest of this manuscript is organized as follows. In Section II, we investigate general solutions and processes related with Equation (3) when considering different choices (singular and non-singular) for the kernel <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>). In Section 3, we present a summary of our results and some concluding remarks.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Diffusion and fractional operators</title>
<p>We start by noting that the solution of the fractional diffusion Equation (3) in the Fourier-Laplace space is</p>
<disp-formula id="E9"><label>(8)</label><mml:math id="M11"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>k, s</italic>) is the Fourier-Laplace transformation of the probability distribution <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>x, t</italic>). This result can be related to different situations depending on the choice of the kernel <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>s</italic>).</p>
<p>Within the continuous time random walk formalism and by following the works of Meztler and Klafter [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>], we can show that the waiting time &#x003C9;(<italic>t</italic>) and the jump &#x003BB;(<italic>x</italic>) probability distribution associated with Equation (3) are (in the Laplace and Fourier spaces)</p>
<disp-formula id="E10"><label>(9)</label><mml:math id="M12"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where &#x003C4;<sub><italic>c</italic></sub> is a characteristic waiting time of the underlying continuous time random walk. We observe that the jump probability distribution is characterized by a Gaussian asymptotic behavior [<inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>] and thus has a finite characteristic jump length, regardless of the choice for the kernel <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>). On the other hand, the inverse Laplace transform of the waiting time distribution is given by</p>
<disp-formula id="E11"><label>(10)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>yielding different situations that depends on <inline-formula><mml:math id="M65"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>).</p>
<p>The choice <inline-formula><mml:math id="M66"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>) &#x0003D; &#x003B4;(<italic>t</italic>) leads to usual diffusion and an exponential distribution for the waiting times</p>
<disp-formula id="E13"><label>(11)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For the fractional operator of Riemann-Liouville, we find</p>
<disp-formula id="E14"><label>(12)</label><mml:math id="M18"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>E</italic><sub>&#x003B1;,&#x003B1;</sub>(&#x02026;) is the generalized Mittag-Leffler function [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>] whose asymptotic behavior is described by a power-law, &#x003C9;(<italic>t</italic>)&#x0007E;1/<italic>t</italic><sup>1&#x0002B;&#x003B1;</sup> for <italic>t</italic> &#x02192; &#x0221E;. For the Atangana-Baleanu operator (Equation 7), the waiting time distribution is given by</p>
<disp-formula id="E15"><label>(13)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B3; &#x0003D; 1 &#x02212; &#x003B1; and &#x003BE; &#x0003D; &#x003B1;<italic>b</italic>/&#x003C4;<sub><italic>c</italic></sub>. This expression is very interesting because for small times we have a stretched exponential, that is,</p>
<disp-formula id="E17"><label>(14)</label><mml:math id="M21"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>while for long times we have the same power-law behavior of the Riemann-Liouville operator. Thus, the Atangana-Baleanu operator yields a crossover between a stretched exponential and a power-law distribution.</p>
<p>In the case of the Caputo-Fabrizio operator, the connection with the continuous time random walk is more complex and not compatible with its standard interpretation. As we shall discuss later on, the diffusion equation associated with this operator is connected to a diffusive process with stochastic resetting [<xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B56">56</xref>], where the waiting time distribution is exponential.</p>
<p>Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref> depicts the behavior of the waiting time distribution &#x003C9;(<italic>t</italic>) for the different kernels previously-discussed. For long times, we confirm that the operators of Riemann-Liouville and Atangana-Baleanu yield the same power-law decay for &#x003C9;(<italic>t</italic>). We further note that the Atangana-Baleanu operator yields a non-divergent &#x003C9;(<italic>t</italic>), an interesting feature that is not observed for the singular kernel of Riemann-Liouville.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Changes in the waiting time distribution &#x003C9;(<italic>t</italic>) caused by the different forms of the kernel <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>) defining the fractional operator of Equation (4). The different curves correspond the &#x003C9;(<italic>t</italic>) when choosing the kernels of Riemann-Liouville (Equation 5, blue), Atangana-Baleanu (Equation 7, red), and the usual (Brownian motion) case [<inline-formula><mml:math id="M68"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>) &#x0003D; &#x003B4;(<italic>t</italic>), green]. For simplicity, we have considered &#x003C4;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 1 and &#x003B1; &#x0003D; 1/2. We note that the asymptotic behavior of &#x003C9;(<italic>t</italic>) is a power-law for the kernels of Riemann-Liouville and Atangana-Baleanu, that is, &#x003C9;(<italic>t</italic>)&#x0007E;1/<italic>t</italic><sup>1&#x0002B;&#x003B1;</sup>. In the usual, we have an exponential behavior.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00052-g0001.tif"/>
</fig>
<p>We now focus on finding the formal solutions for the fractional diffusion Equation (1) when considering the three different fractional operators. These solutions are obtained by performing the inverse of Fourier and Laplace transforms of the <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>k, s</italic>) expressed in Equation (8), where the Laplace transform of the kernel <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>s</italic>) appears. In the well-known case of the Riemann-Liouville operator [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>], we have</p>
<disp-formula id="E18"><label>(15)</label><mml:math id="M22"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and consequently</p>
<disp-formula id="E19"><label>(16)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the Green function is</p>
<disp-formula id="E20"><label>(17)</label><mml:math id="M24"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here H(&#x02026;) stands for the Fox H-function [<xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>]. Having found the probability distribution, we can show that the mean square displacement is</p>
<disp-formula id="E21"><label>(18)</label><mml:math id="M25"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which corresponds to the typical case of anomalous diffusion, where &#x003B1; &#x0003C; 1 represents sub-diffusion and &#x003B1; &#x02192; 1 recovers the usual diffusion. The time-dependent behavior of a typical probability distribution <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>x, t</italic>) (with &#x003B1; &#x0003D; 1/2) is shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2A</xref>. We observe that the Riemann-Liouville operator leads to a tent-shaped distribution, whose tails are longer than the Gaussian distribution of the usual diffusion (Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2D</xref>). Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> shows the corresponding behavior for mean square displacement of Equation (18), which is a power-law function of the time <italic>t</italic> with an exponent &#x003B1;.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Changes in the profile of probability distribution <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>x, t</italic>) caused by the different fractional time operators. The plots show a typical shape of <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>x, t</italic>) for different values of <italic>t</italic> (indicated by the color code) when considering the operators of Riemann-Liouville <bold>(A)</bold>, Caputo-Fabrizio <bold>(B)</bold>, Atangana-Baleanu <bold>(C)</bold>, and the usual case <bold>(D)</bold>. For simplicity, we have considered <italic>&#x003C6;</italic>(<italic>x</italic>) &#x0003D; &#x003B4;(<italic>x</italic>), &#x003B1; &#x0003D; 1/2, and <italic>Db</italic> &#x0003D; 1. The dashed line in <bold>(B)</bold> indicates the stationary solution in the Caputo-Fabrizio (Equation 23).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00052-g0002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Changes in the evolving behavior of the mean square displacement (&#x00394;<italic>x</italic>)<sup>2</sup> caused by the different fractional time operators. The curves show (&#x00394;<italic>x</italic>)<sup>2</sup> vs. <italic>t</italic> when considering the operators of Riemann-Liouville (blue, Equation 18), Caputo-Fabrizio (purple, Equation 24), Atangana-Baleanu (red, Equation 35), and the usual case [green, (&#x00394;<italic>x</italic>)<sup>2</sup> &#x0221D; <italic>t</italic>]. For simplicity, we have considered &#x003B1; &#x0003D; 1/2 and <italic>Db</italic> &#x0003D; 1. It is worth noting the Atangana-Baleanu operator shows a crossover between usual (for small times) and sub-diffusion (for long time). In the Caputo-Fabrizio case, the diffusion is usual for small times and saturates for large times.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00052-g0003.tif"/>
</fig>
<p>For the Caputo-Fabrizio operator, the Laplace transform of the kernel in Equation (6) is</p>
<disp-formula id="E22"><label>(19)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which substituted into Equation (8) yields</p>
<disp-formula id="E23"><label>(20)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By performing the inverse Fourier and Laplace transforms, we have</p>
<disp-formula id="E24"><label>(21)</label><mml:math id="M28"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the Green function is</p>
<disp-formula id="E26"><label>(22)</label><mml:math id="M30"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>A typical shape of this distribution is shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2B</xref>. We observe that this distribution is very similar to a Gaussian for small times, and exhibits a tent-shape to long times. However, differently from the distribution obtained for the Riemann-Liouville operator (Equations 16 and 17), the distribution obtained from Equations (21) and (22) displays a stationary behavior for <italic>t</italic> &#x02192; &#x0221E;, that is,</p>
<disp-formula id="E27"><label>(23)</label><mml:math id="M31"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>a result that corresponds to confined diffusion. Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2B</xref> also shows this stationary solution (dashed line); in particular, we observe that the shape of <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>x, t</italic>) is practically constant for <italic>t</italic> &#x02273; 5 in that case. This behavior also appears in the mean square displacement</p>
<disp-formula id="E28"><label>(24)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which behaves linearly in time for small times and saturates in 2<italic>Db</italic>(1&#x02212;&#x003B1;)/&#x003B1; for long times. Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> illustrates this crossover, a common feature of systems where diffusion is confined or hindered [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B58">58</xref>]. In particular, the same crossover between usual and confined diffusion is observed in simulations of diffusion with immobile obstacles or obstacles moving according to an Ornstein-Uhlenbeck process [<xref ref-type="bibr" rid="B59">59</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>].</p>
<p>An intriguing feature of the diffusion equation with the Caputo-Fabrizio fractional operator is that it can be related to a diffusion with stochastic resetting [<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>]. Indeed, we find out that the fractional diffusion Equation (3) with the kernel of Equation (6) can be rewritten as</p>
<disp-formula id="E29"><label>(25)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This equation is essentially the same obtained by Hristov [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>] when by analyzing a heat diffusion equation with non-singular memory. Also, by integrating both sides of the fractional diffusion Equation (3), we obtain</p>
<disp-formula id="E31"><label>(26)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which after substituting into Equation (25) yields</p>
<disp-formula id="E32"><label>(27)</label><mml:math id="M36"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Equation (27) with <italic>&#x003C6;</italic>(<italic>x</italic>) &#x0003D; &#x003B4;(<italic>x</italic> &#x02212; <italic>x</italic><sub>0</sub>) is the same obtained by Evans and Majumdar [<xref ref-type="bibr" rid="B61">61</xref>] when studying a random walker whose position is redefined to the position <italic>x</italic><sub>0</sub> with a rate <italic>r</italic> &#x0003D; &#x003B1;/(1&#x02212;&#x003B1;). Thus, the fractional exponent &#x003B1; in the fractional diffusion equation of Caputo-Fabrizio can be related to a well-defined physical quantity (resetting rate).</p>
<p>Also, the mean square displacement of Equation (24) is analogous to results obtained from a random walk description of a diffusive process with stochastic resetting, subjected to an exponential waiting time distribution [<xref ref-type="bibr" rid="B55">55</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B56">56</xref>]. As discussed in these works, a suitable continuous time random walk formulation is established by considering a density of particles <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>x, t</italic>) whose dynamics is governed by</p>
<disp-formula id="E33"><label>(28)</label><mml:math id="M37"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>when particles start the random walk at the origin (<italic>x</italic> &#x0003D; 0) with <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:mi>&#x003A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. In Equation (28), <italic>r</italic> is a resetting rate, &#x003C8;(<italic>x, t</italic>) is joint distribution of jump length and waiting time, <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the jump length distribution, and <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is waiting time distribution. By considering &#x003BB;(<italic>x</italic>) Gaussian and &#x003C9;(<italic>t</italic>) exponentially distributed, we can show that this formalism leads to Equation (27). It is worth remarking that by comparison with this framework, we can infer that the diffusion equation with the Caputo-Fabrizio operator leads to the same waiting time distribution of the usual diffusion, that is, an exponential.</p>
<p>Finally, for the Atangana-Baleanu operator, the Laplace transform of the kernel in Equation (7) is</p>
<disp-formula id="E35"><label>(29)</label><mml:math id="M43"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which substituted into Equation (8) yields</p>
<disp-formula id="E36"><label>(30)</label><mml:math id="M44"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>the solution for the fractional diffusion Equation (3) in the Fourier-Laplace space. By evaluating the inverse Fourier and Laplace transforms, we obtain</p>
<disp-formula id="E37"><label>(31)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the Green function is</p>
<disp-formula id="E39"><label>(32)</label><mml:math id="M47"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Once again, H(&#x02026;) stands for the Fox H-function [<xref ref-type="bibr" rid="B57">57</xref>]. We can also show that for |<italic>x</italic>| &#x02192; &#x0221E;, Equation (32) is approximated by</p>
<disp-formula id="E41"><label>(33)</label><mml:math id="M49"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E42"><label>(34)</label><mml:math id="M71"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>A typical behavior for the distribution <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>x, t</italic>) for this operator is shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2C</xref>. Similarly to the Caputo-Fabrizio operator, the profile of <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>x, t</italic>) resembles a Gaussian for small times, while exhibits a tent-shape for long times. However, the distribution does not have a stationary solution for the Atangana-Baleanu operator. This crossover between two behaviors for <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>x, t</italic>) is also present in Equation (34), and can be better quantified by analyzing the mean square displacement. For this operator, we have</p>
<disp-formula id="E43"><label>(35)</label><mml:math id="M51"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>E</italic><sub>&#x003B1;,2</sub>(&#x02026;) is the generalized Mittag-Leffler function [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>]. By considering the asymptotic limits of this function, we can show that (&#x00394;<italic>x</italic>)<sup>2</sup> &#x0007E; <italic>t</italic> for small times, and (&#x00394;<italic>x</italic>)<sup>2</sup> &#x0007E; <italic>t</italic><sup>1&#x02212;&#x003B1;</sup> for long times.</p>
<p>This crossover between usual and sub-diffusion is present in several biological systems [<xref ref-type="bibr" rid="B62">62</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B66">66</xref>] and is also illustrated in Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> for &#x003B1; &#x0003D; 1/2. A similar situation appears in simulations of diffusion with obstacles moving according to a usual random walk [<xref ref-type="bibr" rid="B59">59</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B60">60</xref>], where the same crossover between usual and sub-diffusion with &#x003B1; &#x0003D; 1/2 is observed. It is worth mentioning that crossovers between diffusive regimes can also be described by generalized Langevin equations [<xref ref-type="bibr" rid="B67">67</xref>] and fractional (with the Riemann-Liouville operator) Kramers equations [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>], among other approaches [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>]. In particular, the usual Langevin equation [<xref ref-type="bibr" rid="B70">70</xref>] predicts a crossover between ballistic and usual diffusion, which has been experimentally observed only in 2011 [<xref ref-type="bibr" rid="B71">71</xref>]. However, the diffusion equation in terms of these new operators lead to these crossovers without explicitly considering external forces, inertial effects, and reaction terms.</p>
<p>The fractional diffusion equation with the Atangana-Baleanu operator can be further related to fractional derivatives of distributed order as proposed by Caputo [<xref ref-type="bibr" rid="B72">72</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B73">73</xref>] and worked out in Chechkin [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>] and Lenzi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>], that is,</p>
<disp-formula id="E44"><label>(36)</label><mml:math id="M52"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>w</italic>(&#x003BD;) is the distribution of the fractional order exponent &#x003BD; and</p>
<disp-formula id="E45"><label>(37)</label><mml:math id="M53"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>is the fractional time derivative of Caputo. Indeed, by substituting the kernel of Equation (7) into Equation (3) and taking the Laplace transform, we have</p>
<disp-formula id="E46"><label>(38)</label><mml:math id="M54"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which can be rewritten as</p>
<disp-formula id="E47"><label>(39)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By calculating the inverse Laplace transform of the previous equation, we find</p>
<disp-formula id="E49"><label>(40)</label><mml:math id="M57"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which can also be written as</p>
<disp-formula id="E51"><label>(41)</label><mml:math id="M59"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We note that Equation (41) is a special case of Equation (36) with <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Analogously to results reported here, the solutions of Equation (41) are also characterized by two diffusive regimes [<xref ref-type="bibr" rid="B68">68</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B69">69</xref>].</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Discussion and conclusions</title>
<p>We presented a detailed investigation of the changes in the fractional diffusion equation when the well-established Riemann-Liouville operator is replaced by the recently-proposed operators of Caputo-Fabrizio and Atangana-Baleanu. These changes are summarized in Table <xref ref-type="table" rid="T1">1</xref>. Within the context of the continuous time random walk, we verified that these new fractional operators modify the behavior of the waiting time distribution. In the Caputo-Fabrizio case, we found that the waiting time distribution is described by an exponential distribution; while the Atangana-Baleanu operator yields a distribution that decays as a stretched exponential for small times and as a power-law (with the same exponent of the Riemann-Liouville operator) for long times.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Summary of the changes caused by the different fractional operators on the diffusion Equation (1).</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Fractional operator</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Waiting time distribution</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Mean square displacement</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Probability distribution</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">Riemann- Liouville</td>
<td valign="top" align="left">Power-law</td>
<td valign="top" align="left">Power-law and scale-invariant</td>
<td valign="top" align="left">Non-Gaussian</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Caputo- Fabrizio</td>
<td valign="top" align="left">Exponential</td>
<td valign="top" align="left">Crossover from usual to confined diffusion</td>
<td valign="top" align="left">Crossover from Gaussian to non-Gaussian with steady state</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Atangana- Baleanu</td>
<td valign="top" align="left">Crossover from stretched exp. to power-law</td>
<td valign="top" align="left">Crossover from usual to sub-diffusion</td>
<td valign="top" align="left">Crossover from Gaussian to non-Gaussian</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>We obtained the exact solutions of the fractional diffusion equation and the time dependence of the mean square displacement when considering these different fractional operators. Our results reveal that these new operators lead to non-Gaussian distributions and different diffusive regimes depending on the time scale. For the Caputo-Fabrizio operator, the probability distribution <italic>&#x003C1;</italic>(<italic>x, t</italic>) displays a stationary state as well as saturated diffusion for long times. This is a remarkable feature because the fractional diffusion equation is solved without external forces and subjected to the free diffusion boundary conditions. For the Atangana-Baleanu operator, we found a crossover between two diffusive regimes: a usual for small times and a sub-diffusive for long times, a feature observed in several empirical systems.</p>
<p>By properly manipulating the fractional diffusion equations, we demonstrated that the results obtained with these new fractional operators could be connected with other diffusive models. The fractional diffusion equation with the Caputo-Fabrizio operator recovers a diffusive process with stochastic resetting, where the fractional order exponent is directly related to the resetting rate. Also, the equation with the Atangana-Baleanu operator can be associated with a fractional diffusion equation with derivatives of distributed order. Our results thus suggest that these new fractional operators may be a simple and efficient way for incorporating different memory effects, opening new possibilities for modeling and investigating the anomalous diffusive processes.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>Author contributions</title>
<p>All authors listed, have made substantial, direct and intellectual contribution to the work, and approved it for publication.</p>
<sec>
<title>Conflict of interest statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pearson</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>The problem of the random walk</article-title>. <source>Nature</source> (<year>1905</year>) <volume>72</volume>:<fpage>294</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/072294b0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rayleigh</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>On the resultant of a large number of vibrations of the same pitch and arbitrary phase</article-title>. <source>Philos Mag.</source> (<year>1880</year>) <volume>10</volume>:<fpage>73</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/14786448008626893</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rayleigh</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <source>The Theory of Sound, 2nd Edn.</source>, <volume>Vol. 1</volume>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Macmillan</publisher-name> (<year>1894</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rayleigh</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>The problem of the random walk</article-title>. <source>Nature</source> (<year>1905</year>) <volume>72</volume>:<fpage>318</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/072318a0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bachelier</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Th&#x000E9;orie de la Sp&#x000E9;culation</article-title>. <source>Ann Sci.</source> (<year>1900</year>) <volume>17</volume>:<fpage>21</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Einstein</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>&#x000DC;ber die von der molekularkinetischen Theorie der W&#x000E4;rme geforderte Bewegung von in ruhenden Fl&#x000FC;ssigkeiten suspendierten Teilchen</article-title>. <source>Ann Phys.</source> (<year>1905</year>) <volume>17</volume>:<fpage>549</fpage>&#x02013;<lpage>60</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/andp.19053220806</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>von Smoluchowski</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Zur kinetischen theorie der brownschen molecularbewegung und der suspensionen</article-title>. <source>Ann Phys.</source> (<year>1906</year>) <volume>21</volume>:<fpage>756</fpage>&#x02013;<lpage>80</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/andp.19063261405</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Montroll</surname> <given-names>EW</given-names></name> <name><surname>Weiss</surname> <given-names>GH</given-names></name></person-group>. <article-title>Random walks on lattices: II</article-title>. <source>J Math Phys.</source> (<year>1965</year>) <volume>6</volume>:<fpage>167</fpage>&#x02013;<lpage>81</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1704269</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kutner</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Masoliver</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>The continuous time random walk, still trendy: fifty-year history, state of art and outlook</article-title>. <source>Eur Phys J B</source> (<year>2017</year>) <volume>50</volume>:<fpage>90</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjb/e2016-70578-3</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Montroll</surname> <given-names>EW</given-names></name> <name><surname>Scher</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Random walks on lattices</article-title>. IV. Continuous-time walks and influence of absorbing boundaries. <source>J Stat Phys.</source> (<year>1973</year>) <volume>9</volume>:<fpage>101</fpage>&#x02013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF01016843</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kenkre</surname> <given-names>VM</given-names></name> <name><surname>Montroll</surname> <given-names>EW</given-names></name> <name><surname>Shlesinger</surname> <given-names>MF</given-names></name></person-group>. <article-title>Generalized master equations for continuous-time random walks</article-title>. <source>J Stat Phys.</source> (<year>1973</year>) <volume>9</volume>:<fpage>45</fpage>&#x02013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF01016796</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shlesinger</surname> <given-names>MF</given-names></name></person-group>. <article-title>Asymptotic solutions of continuous-time random walks</article-title>. <source>J Stat Phys.</source> (<year>1974</year>) <volume>10</volume>:<fpage>421</fpage>&#x02013;<lpage>34</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF01008803</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Havlin</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Avraham</surname> <given-names>YB</given-names></name></person-group>. <source>Diffusion and Reactions in Fractals and Disordered Systems</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2000</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Klafter</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Blumen</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Shlesinger</surname> <given-names>MF</given-names></name></person-group>. <article-title>Stochastic path to anomalous diffusion</article-title>. <source>Phys Rev A</source> (<year>1987</year>) <volume>35</volume>:<fpage>3081</fpage>&#x02013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.35.3081</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hilfer</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Anton</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional master equations and fractal time random walks</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>1995</year>) <volume>51</volume>:<fpage>R848</fpage>&#x02013;<lpage>51</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.51.R848</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9962819</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Compte</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Stochastic foundations of fractional dynamics</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>1996</year>) <volume>53</volume>:<fpage>4191</fpage>&#x02013;<lpage>3</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.53.4191</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9964735</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Meztler</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Klafter</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>The random walk&#x00027;s guide to anomalous diffusion: a fractional dynamics approach</article-title>. <source>Phys Rep.</source> (<year>2000</year>) <volume>339</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>77</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0370-1573(00)00070-3</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Metzler</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Klafter</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>The restaurant at the end of the random walk: recent developments in the descriptions of anomalous transport by fractional dynamics</article-title>. <source>J Phys A</source> (<year>2004</year>) <volume>37</volume>:<fpage>R161</fpage>&#x02013;<lpage>R208</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0305-4470/37/31/R01</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Barkai</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Silbey</surname> <given-names>RJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional Kramers equation</article-title>. <source>J Phys Chem B</source> (<year>2000</year>) <volume>104</volume>:<fpage>3866</fpage>&#x02013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/jp993491m</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Barkai</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional Fokker-Planck equation, solution, and application</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2001</year>) <volume>63</volume>:<fpage>046118</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.63.046118</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11308923</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Barkai</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group> <article-title>CTRW pathways to the fractional diffusion equation</article-title>. <source>Chem Phys.</source> (<year>2002</year>) <volume>284</volume>:<fpage>13</fpage>&#x02013;<lpage>27</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0301-0104(02)00533-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sung</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Barkai</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Silbey</surname> <given-names>RJ</given-names></name> <name><surname>Lee</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional dynamics approach to diffusion-assisted reactions in disordered media</article-title>. <source>J Chem Phys.</source> (<year>2002</year>) <volume>116</volume>, <fpage>2338</fpage>&#x02013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1448294</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Barkai</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Metzler</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Klafter</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>From continuous time random walks to the fractional Fokker-Planck equation</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2000</year>) <volume>61</volume>:<fpage>132</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.61.132</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11046248</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Du</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Zu</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Measuring memory with the order of fractional derivative</article-title>. <source>Sci Rep.</source> (<year>2013</year>) <volume>3</volume>:<fpage>431</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep03431</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24305503</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zahran</surname> <given-names>MA</given-names></name></person-group>. <article-title>On the derivation of fractional diffusion equation with an absorbent term and a linear external force</article-title>. <source>Appl Math Model.</source> (<year>2009</year>) <volume>33</volume>:<fpage>3088</fpage>&#x02013;<lpage>92</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apm.2008.10.013</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zahran</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Abulwafa</surname> <given-names>EM</given-names></name> <name><surname>El-Wakil</surname> <given-names>SA</given-names></name></person-group>. <article-title>The fractional Fokker Planck equation on comb-like model</article-title>. <source>Phys A</source> (<year>2003</year>) <volume>323</volume>:<fpage>237</fpage>&#x02013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0378-4371(02)02026-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>El-Wakil</surname> <given-names>SA</given-names></name> <name><surname>Zahran</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Abulwafa</surname> <given-names>EM</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional (space time) diffusion equation on comb-like model</article-title>. <source>Chaos Solit Fract.</source> (<year>2004</year>) <volume>20</volume>:<fpage>1113</fpage>&#x02013;<lpage>20</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2003.09.032</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Villamaina</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Sarracino</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Gradenigo</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Puglisi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Vulpiani</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>On anomalous diffusion and the out of equilibrium response function in one-dimensional models</article-title>. <source>J Stat Mech.</source> (<year>2011</year>) L01002. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2011/01/L01002</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Burioni</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Cassi</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Giusiano</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Regina</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Anomalous diffusion and Hall effect on comb lattices</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2003</year>) <volume>67</volume>:<fpage>016116</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.67.016116</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12636573</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>da Silva</surname> <given-names>LR</given-names></name> <name><surname>Tateishi</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Lenzi</surname> <given-names>MK</given-names></name> <name><surname>Lenzi</surname> <given-names>EK</given-names></name> <name><surname>da Silva</surname> <given-names>PC</given-names></name></person-group>. <article-title>Green function for a non-Markovian Fokker-Planck equation: comb-model and anomalous diffusion</article-title>. <source>Braz J Phys.</source> (<year>2009</year>) <volume>39</volume>:<fpage>483</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1590/S0103-97332009000400025</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Iomin</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Subdiffusion on a fractal comb</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2011</year>) <volume>83</volume>:<fpage>052106</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.83.052106</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21728596</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baskin</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Iomin</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Superdiffusion on a comb structure</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2004</year>) <volume>93</volume>:<fpage>120603</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.93.120603</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15447248</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tateishi</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Lenzi</surname> <given-names>EK</given-names></name> <name><surname>Ribeiro</surname> <given-names>HV</given-names></name> <name><surname>Evangelista</surname> <given-names>LR</given-names></name> <name><surname>Mendes</surname> <given-names>RS</given-names></name> <name><surname>da Silva</surname> <given-names>LR</given-names></name></person-group>. <article-title>Solutions for a diffusion equation with a backbone term</article-title>. <source>J Stat Mech.</source> (<year>2011</year>) <fpage>P02022</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2011/02/P02022</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Metzler</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Nonnenmacher</surname> <given-names>TF</given-names></name></person-group>. <article-title>Space- and time-fractional diffusion and wave equations, fractional Fokker Planck equations, and physical motivation</article-title>. <source>Chem Phys.</source> (<year>2002</year>) <volume>284</volume>:<fpage>67</fpage>&#x02013;<lpage>90</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0301-0104(02)00537-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>West</surname> <given-names>BJ</given-names></name></person-group>. <source>Fractional Calculus View of Complexity: Tomorrow&#x00027;s Science</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>CRC Press</publisher-name> (<year>2016</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Saxton</surname> <given-names>MJ</given-names></name> <name><surname>Jacobson</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>Single-particle tracking: applications to membrane dynamics</article-title>. <source>Annu Rev Biophys Biomol Struct.</source> (<year>1997</year>) <volume>26</volume>:<fpage>373</fpage>&#x02013;<lpage>99</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.biophys.26.1.373</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9241424</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wirtz</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Particle-tracking microrheology of living cells: principles and applications</article-title>. <source>Annu Rev Biophys.</source> (<year>2009</year>) <volume>38</volume>:<fpage>301</fpage>&#x02013;<lpage>26</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.biophys.050708.133724</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19416071</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gal</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Lechtman-Goldstein</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Weihs</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Particle tracking in living cells: a review of the mean square displacement method and beyond</article-title>. <source>Rheol Acta</source> (<year>2013</year>) <volume>52</volume>:<fpage>425</fpage>&#x02013;<lpage>43</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00397-013-0694-6</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hoz&#x000E9;</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Holcman</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Statistical methods for large ensembles of super-resolution stochastic single particle trajectories in cell biology</article-title>. <source>Annu Rev Stat Appl.</source> (<year>2017</year>) <volume>4</volume>:<fpage>189</fpage>&#x02013;<lpage>223</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev-statistics-060116-054204</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>H&#x000F6;fling</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Franosch</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Anomalous transport in the crowded world of biological cells</article-title>. <source>Rep Prog Phys.</source> (<year>2013</year>) <volume>76</volume>:<fpage>046602</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0034-4885/76/4/046602</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23481518</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Manzo</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Garcia-Parajo</surname> <given-names>MF</given-names></name></person-group>. <article-title>A review of progress in single particle tracking: from methods to biophysical insights</article-title>. <source>Rep Prog Phys.</source> (<year>2015</year>) <volume>78</volume>:<fpage>124601</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0034-4885/78/12/124601</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26511974</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shen</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Tauzin</surname> <given-names>LJ</given-names></name> <name><surname>Baiyasi</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Moringo</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Shuang</surname> <given-names>B</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Single particle tracking: from theory to biophysical applications</article-title>. <source>Chem Rev.</source> (<year>2017</year>) <volume>117</volume>:<fpage>7331</fpage>&#x02013;<lpage>76</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/acs.chemrev.6b00815</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28520419</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zagato</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Forier</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Martens</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Neyts</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Demeester</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>De Smedt</surname> <given-names>S</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Single-particle tracking for studying nanomaterial dynamics: applications and fundamentals in drug delivery</article-title>. <source>Nanomedicine</source> (<year>2014</year>) <volume>9</volume>:<fpage>913</fpage>&#x02013;<lpage>27</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2217/nnm.14.43</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24981654</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kaerger</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Ruthven</surname> <given-names>DM</given-names></name> <name><surname>Theodorou</surname> <given-names>DN</given-names></name></person-group>. <source>Diffusion in Nanoporous Materials</source>. <publisher-loc>Weinheim</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley-VCH Verlag</publisher-name> (<year>2012</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/9783527651276</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kaerger</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Ruthven</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion in nanoporous materials: fundamental principles, insights and challenges</article-title>. <source>New J Chem.</source> (<year>2016</year>) <volume>40</volume>:<fpage>4027</fpage>&#x02013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/C5NJ02836A</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Caputo</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Fabrizio</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>A new definition of fractional derivative without singular kernel</article-title>. <source>Progr Fract Differ Appl.</source> (<year>2015</year>) <volume>1</volume>:<fpage>73</fpage>&#x02013;<lpage>85</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.12785/pfda/010201</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>New fractional derivative with non-local and non-singular kernel</article-title>. <source>Therm Sci.</source> (<year>2016</year>) <volume>20</volume>:<fpage>763</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2298/TSCI160111018A</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>G&#x000F3;mez-Aguilar</surname> <given-names>JF</given-names></name> <name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional Hunter-Saxton equation involving partial operators with bi-order in Riemann-Liouville and Liouville-Caputo sense</article-title>. <source>Eur Phys J Plus</source> (<year>2017</year>) <volume>132</volume>:<fpage>100</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjp/i2017-11371-6</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hristov</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Transient heat diffusion with a non-singular fading memory: from the Cattaneo constitutive equation with Jeffrey&#x00027;s Kernel to the Caputo-Fabrizio time-fractional derivative</article-title>. <source>Therm Sci.</source> (<year>2016</year>) <volume>20</volume>:<fpage>757</fpage>&#x02013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2298/TSCI160112019H</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>G&#x000F3;mez-Aguilar</surname> <given-names>JF</given-names></name></person-group>. <article-title>Space time fractional diffusion equation using a derivative with nonsingular and regular kernel</article-title>. <source>Phys A</source> (<year>2017</year>) <volume>465</volume>:<fpage>562</fpage>&#x02013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2016.08.072</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Abdeljawada</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Integration by parts and its applications of a new nonlocal fractional derivative with Mittag-Leffler nonsingular kernel</article-title>. <source>J Nonlin Sci Appl.</source> (<year>2017</year>) <volume>10</volume>:<fpage>1098</fpage>&#x02013;<lpage>107</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.22436/jnsa.010.03.20</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Podlubny</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <source>Fractional Differential Equations</source>. <publisher-loc>San Diego, CA</publisher-loc>; <publisher-name>Academic Press</publisher-name> (<year>1999</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B53">
<label>53.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hristov</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Derivation of fractional Dodson&#x00027;s equation and beyond: transient mass diffusion with a non-singular memory and exponentially fading-out diffusivity</article-title>. <source>Progr Fract Differ Appl.</source> (<year>2017</year>) <volume>3</volume>:<fpage>255</fpage>&#x02013;<lpage>70</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.18576/pfda/030402</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B54">
<label>54.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hristov</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Derivatives with Non-Singular kernels from the Caputo - Fabrizio definition and beyond: appraising analysis with emphasis on diffusion models</article-title>. In: Bhalekar S, editor. <source>Frontiers in Fractional Calculus</source>. <publisher-loc>Sharjah</publisher-loc>: <publisher-name>Bentham Science Publishers</publisher-name> (<year>2017</year>), p. <fpage>235</fpage>&#x02013;<lpage>95</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B55">
<label>55.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>M&#x000E9;ndez</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Campos</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Characterization of stationary states in random walks with stochastic resetting</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2016</year>) <volume>93</volume>:<fpage>022106</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.93.022106</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26986287</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B56">
<label>56.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shkilev</surname> <given-names>VP</given-names></name></person-group>. <article-title>Continuous-time random walk under time-dependent resetting</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2017</year>) <volume>96</volume>:<fpage>012126</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.96.012126</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B57">
<label>57.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mathai</surname> <given-names>AM</given-names></name> <name><surname>Saxena</surname> <given-names>RK</given-names></name> <name><surname>Haubold</surname> <given-names>HJ</given-names></name></person-group> <source>The H-Function: Theory and Applications</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2009</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B58">
<label>58.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Simha</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Raizen</surname> <given-names>MG</given-names></name></person-group>. <article-title>Broadband boundary effects on Brownian motion</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2015</year>) <volume>92</volume>:<fpage>062106</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.92.062106</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26764631</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B59">
<label>59.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Berry</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Chat&#x000E9;</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Anomalous diffusion due to hindering by mobile obstacles undergoing Brownian motion or Ornstein-Uhlenbeck process</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2014</year>) <volume>89</volume>:<fpage>022708</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.89.022708</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B60">
<label>60.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Koslover</surname> <given-names>EF</given-names></name> <name><surname>de la Rosa</surname> <given-names>MD</given-names></name> <name><surname>Spakowitz</surname> <given-names>AJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Crowding and hopping in a protein&#x00027;s diffusive transport on DNA</article-title>. <source>J Phys A Math Theor.</source> (<year>2017</year>) <volume>50</volume>:<fpage>074005</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1751-8121/aa53ee</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B61">
<label>61.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Evans</surname> <given-names>MR</given-names></name> <name><surname>Majumdar</surname> <given-names>SN</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion with stochastic resetting</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2011</year>) <volume>106</volume>:<fpage>160601</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.106.160601</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21599344</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B62">
<label>62.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Skalski</surname> <given-names>GT</given-names></name> <name><surname>Gilliam</surname> <given-names>JF</given-names></name></person-group>. <article-title>Modeling diffusive spread in a heterogeneous population: a movement study with stream fish</article-title>. <source>Ecology</source> (<year>2000</year>) <volume>81</volume>:<fpage>1685</fpage>&#x02013;<lpage>1700</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1890/0012-9658(2000)081[1685:MDSIAH]2.0.CO;2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B63">
<label>63.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Upadhyaya</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Rieub</surname> <given-names>JP</given-names></name> <name><surname>Glaziera</surname> <given-names>JA</given-names></name> <name><surname>Sawadac</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Anomalous diffusion and non-Gaussian velocity distribution of Hydra cells in cellular aggregates</article-title>. <source>Phys A</source> (<year>2001</year>) <volume>293</volume>:<fpage>549</fpage>&#x02013;<lpage>58</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0378-4371(01)00009-7</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B64">
<label>64.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mieruszynski</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Digman</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Gratton</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Jones</surname> <given-names>MR</given-names></name></person-group>. <article-title>Characterization of exogenous DNA mobility in live cells through fluctuation correlation spectroscopy</article-title>. <source>Sci Rep.</source> (<year>2015</year>) <volume>5</volume>:<fpage>13848</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep13848</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26354725</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B65">
<label>65.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ribeiro</surname> <given-names>HV</given-names></name> <name><surname>Tateishi</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Alves</surname> <given-names>LGA</given-names></name> <name><surname>Zola</surname> <given-names>RS</given-names></name> <name><surname>Lenzi</surname> <given-names>EK</given-names></name></person-group>. <article-title>Investigating the interplay between mechanisms of anomalous diffusion via fractional Brownian walks on a comb-like structure</article-title>. <source>New J Phys.</source> (<year>2014</year>) <volume>16</volume>:<fpage>093050</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/16/9/093050</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B66">
<label>66.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Alves</surname> <given-names>LG</given-names></name> <name><surname>Scariot</surname> <given-names>DB</given-names></name> <name><surname>Guimaraes</surname> <given-names>RR</given-names></name> <name><surname>Nakamura</surname> <given-names>CV</given-names></name> <name><surname>Mendes</surname> <given-names>RS</given-names></name> <name><surname>Ribeiro</surname> <given-names>HV</given-names></name></person-group>. <article-title>Transient superdiffusion and long-range correlations in the motility patterns of trypanosomatid flagellate protozoa</article-title>. <source>PLoS ONE</source> (<year>2016</year>) <volume>11</volume>:<fpage>e0152092</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0152092</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27007779</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B67">
<label>67.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tateishi</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Lenzi</surname> <given-names>EK</given-names></name> <name><surname>da Silva</surname> <given-names>LR</given-names></name> <name><surname>Ribeiro</surname> <given-names>HV</given-names></name> <name><surname>Picoli</surname> <given-names>S</given-names> <suffix>Jr</suffix></name> <name><surname>Mendes</surname> <given-names>RS</given-names></name></person-group>. <article-title>Different diffusive regimes, generalized Langevin and diffusion equations</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2012</year>) <volume>85</volume>:<fpage>011147</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.85.011147</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22400552</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B68">
<label>68.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chechkin</surname> <given-names>AV</given-names></name> <name><surname>Gorenflo</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Sokolov</surname> <given-names>IM</given-names></name></person-group>. <article-title>Retarding subdiffusion and accelerating superdiffusion governed by distributed-order fractional diffusion equations</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2002</year>) <volume>66</volume>:<fpage>046129</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.66.046129</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12443281</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B69">
<label>69.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lenzi</surname> <given-names>EK</given-names></name> <name><surname>Mendes</surname> <given-names>RS</given-names></name> <name><surname>Tsallis</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Crossover in diffusion equation: anomalous and normal behaviors</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2003</year>) <volume>67</volume>:<fpage>031104</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.67.031104</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12689052</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B70">
<label>70.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bian</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Kimb</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Karniadakis</surname> <given-names>GE</given-names></name></person-group>. <article-title>111 years of Brownian motion</article-title>. <source>Soft Matt.</source> (<year>2016</year>) <volume>12</volume>:<fpage>6331</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/C6SM01153E</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27396746</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B71">
<label>71.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Chavez</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>Taute</surname> <given-names>KM</given-names></name> <name><surname>Luki&#x00107;</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Jeney</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Raizen</surname> <given-names>MG</given-names></name> <name><surname>Florin</surname> <given-names>EL</given-names></name></person-group>. <article-title>Direct observation of the full transition from ballistic to diffusive Brownian motion in a liquid</article-title>. <source>Nat Phys.</source> (<year>2011</year>) <volume>7</volume>:<fpage>576</fpage>&#x02013;<lpage>80</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys1953</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B72">
<label>72.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Caputo</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Mean fractional-order-derivatives differential equations and filters</article-title>. <source>Ann Univ Ferrara Sez</source> (<year>1995</year>) <volume>41</volume>:<fpage>73</fpage>&#x02013;<lpage>84</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B73">
<label>73.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Caputo</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Distributed order differential equations modelling dielectric induction and diffusion</article-title>. <source>Fract Calc Appl Anal.</source> (<year>2001</year>) <volume>4</volume>:<fpage>421</fpage>&#x02013;<lpage>42</lpage>.</citation>
</ref>
</ref-list>
<fn-group>
<fn fn-type="financial-disclosure"><p><bold>Funding.</bold> AT thanks the financial support of the CNPq under Grant No. 462067/2014-9. HR thanks the financial support of the CNPq under Grant No. 440650/2014-3 and CAPES. EL thanks the financial support of the CNPq under Grant No. 303642/2014-9.</p>
</fn>
</fn-group>
</back>
</article>