<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="brief-report" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<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="publisher-id">1204751</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2023.1204751</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Brief Research Report</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Covariant description of the colloidal dynamics on curved manifolds</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Castro-Villarreal et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fphy.2023.1204751">10.3389/fphy.2023.1204751</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Castro-Villarreal</surname>
<given-names>Pavel</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1155641/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Solano-Cabrera</surname>
<given-names>C&#xe9;sar O.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2280277/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Casta&#xf1;eda-Priego</surname>
<given-names>Ram&#xf3;n</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/72700/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Facultad de Ciencias en F&#xed;sica y Matem&#xe1;ticas</institution>, <institution>Universidad Aut&#xf3;noma de Chiapas</institution>, <addr-line>Tuxtla Guti&#xe9;rrez</addr-line>, <country>Mexico</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Divisi&#xf3;n de Ciencias e Ingenier&#xed;as</institution>, <institution>Universidad de Guanajuato</institution>, <addr-line>Le&#xf3;n</addr-line>, <country>Mexico</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<sup>3</sup>
<institution>Departamento de Ingenier&#xed;a F&#xed;sica</institution>, <institution>Divisi&#xf3;n de Ciencias e Ingenier&#xed;as</institution>, <institution>Universidad de Guanajuato</institution>, <addr-line>Le&#xf3;n</addr-line>, <country>Mexico</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/475932/overview">Jasper Van Der Gucht</ext-link>, Wageningen University and Research, Netherlands</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/345607/overview">Jan Karel George Dhont</ext-link>, Helmholtz Association of German Research Centres (HZ), Germany</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2422645/overview">Adriano Valdes-Gomez</ext-link>, National Autonomous University of Mexico, Mexico</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Pavel Castro-Villarreal, <email>pcastrov@unach.mx</email>; Ram&#xf3;n Casta&#xf1;eda-Priego, <email>ramoncp@fisica.ugto.mx</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>15</day>
<month>11</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>11</volume>
<elocation-id>1204751</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>12</day>
<month>04</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>10</day>
<month>10</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2023 Castro-Villarreal, Solano-Cabrera and Casta&#xf1;eda-Priego.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Castro-Villarreal, Solano-Cabrera and Casta&#xf1;eda-Priego</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) and the copyright owner(s) 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>Brownian motion is a universal characteristic of colloidal particles embedded in a host medium, and it is the fingerprint of molecular transport or diffusion, a generic feature of relevance not only in physics but also in several branches of science and engineering. Since its discovery, Brownian motion, also known as colloidal dynamics, has been important in elucidating the connection between the molecular details of the diffusing macromolecule and the macroscopic information on the host medium. However, colloidal dynamics is far from being completely understood. For instance, the diffusion of non-spherical colloids and the effects of the underlying geometry of the host medium on the dynamics of either passive or active particles are a few representative cases that are part of the current challenges in soft matter physics. In this contribution, we take a step forward to introduce a covariant description of the colloidal dynamics in curved spaces. Without the loss of generality, we consider the case where hydrodynamic interactions are neglected. This formalism will allow us to understand several phenomena, for instance, the curvature effects on the kinetics during spinodal decomposition and the thermodynamic properties of colloidal dispersion, to mention a few examples. This theoretical framework will also serve as the starting point to highlight the role of geometry on colloidal dynamics, an aspect that is of paramount importance to understanding more complex transport phenomena, such as the diffusive mechanisms of proteins embedded in cell membranes.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>diffusion</kwd>
<kwd>Brownian motion</kwd>
<kwd>colloids</kwd>
<kwd>Smoluchowski equation</kwd>
<kwd>curved manifold</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Soft Matter Physics</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Since the pioneering work of Einstein [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], Brownian motion has become the paradigm for the description and understanding of a large variety of diffusion processes that are present in numerous physical, biological, and chemical systems. In recent years, the dynamics of macromolecules and nanoparticles on surfaces or curved spaces has been the subject of intensive investigations, especially because particle diffusion shows a richer dynamical behavior at different time scales [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] than its counterpart in open and flat geometries. In particular, diffusion plays a key role in the dynamics of molecular motors moving along heterogeneous substrates [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], in the transport of biomacromolecules in the cell due to crowding [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], and in the lateral diffusion of proteins on fluctuating membranes [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. Membranes can be simplified as two-dimensional differentiable manifolds based on their typical length scales. This approach allows us to describe many of its characteristics, such as the shape and dynamics, as if they were continuous pieces of material [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. As a result, particles that move along the membrane due to certain underlying interactions can be explained as the random motion of particles restricted to the surface. Although this perspective might ignore relevant molecular details, most of the diffusion properties of tiny particles confined<xref ref-type="fn" rid="fn1">
<sup>1</sup>
</xref> on surfaces depend strongly on the generic features of the surface or, strictly speaking, on the surface geometry [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. Typically, particle dynamics is not only influenced by geometrical features but also by local and thermodynamic properties that experience the effects of the geometry of the manifold where the particles are embedded [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. In a more general setting, the relevance of studying Brownian motion in differential manifolds is due to its ability to describe the system of Brownian particles with holonomic constraints that can model their interactions with the medium that houses them, as explicitly discussed in [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] and recently in [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>].</p>
<p>A great effort for understanding Brownian motion on surfaces can be found in colloidal soft matter, where the dynamics of colloidal particles on quasi-two-dimensional geometries have been both experimentally and theoretically investigated by using optical techniques such as digital videomicroscopy, computer simulations, and theoretical approximations [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. Nonetheless, such investigations deal basically with (almost) flat surfaces, i.e., without including curvature effects. The interest in the use of colloids resides in the fact that they are small (nanometer to micrometer-sized) particles and typically are considered model systems because of other interesting features [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. Their characteristic time and length scales are experimentally accessible, which allows us to follow the colloidal dynamics and transport processes in real-time [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. Furthermore, since the colloidal interactions are relatively weak, colloids are highly susceptible to external forces, and hence, their static and dynamical properties can be controlled through the application of external fields or by imposing geometrical restrictions. In other words, it is assumed that the molecular forces holding particles to the manifold are stronger than the forces between colloids (see, e.g., Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] and references therein). Then, colloids represent an ideal model system to account for the effects of geometry on the nature and dynamics of many-body systems.</p>
<p>In particular, it has already been demonstrated and experimentally corroborated that the curvature dependence of a fluctuating membrane affects the diffusion processes of molecules on the membrane surface [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>]. These geometrical effects, although important, are still difficult to interpret. The lack of a precise interpretation resides in the fact that, unfortunately, there is not a unique way to define diffusion observables on a curved surface (see, for instance [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]). The description of colloidal dynamics in curved spaces is a non-trivial task; it represents a formidable physical and mathematical challenge. Recently, one of us proposed the generalization of the Smoluchowski equation on curved spaces [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. Furthermore, Castro&#x2013;Villarreal also put forward different geometrical observables to quantify the displacement of a single colloidal particle [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. Within this approach, it was shown that the geodesic mean-squared displacement captures the intrinsic elements of the manifold, whereas the Euclidean displacement provides extrinsic information from the surface. An interesting extension of the theory now provides the description of the motion of active Brownian particles [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>], where the mean-squared geodesic displacement captures the relationship between the curvature and the activity of the active colloid. This theoretical framework provided evidence that an active Brownian particle experiences a dynamical transition in any compact surface from a monotonic to an oscillating behavior observed in the mean-squared geodesic displacement [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]; a theoretical prediction of a dynamic transition of this type can be established using a <italic>run-and-tumble</italic> active particle confined on circle <italic>S</italic>
<sup>1</sup>. This prediction was recently corroborated in experiments using a non-vibrating magnetic granular system (see, e.g., Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28]</xref>). However, we still face challenges in colloidal dynamics on curved manifolds, for example, the generalization of this approach to the situation where the colloids interact not only with other macromolecules, i.e., direct forces, but also with the inclusion of all those geometrical mechanisms originating from the curvature and to situations when passive and active colloids are not just restricted geometrically but also are immersed in a viscoelastic fluid [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. Furthermore, the transitions occurring in compact manifolds previously are examples of a non-trivial recurrence. It would be interesting to approach the problem from the perspective of dynamical system theory [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>].</p>
<p>The aforementioned theoretical formalism has also allowed us to determine the equation of motion of interacting colloids in curved spaces; a generalized Ermack&#x2013;McCammon algorithm has been developed to study a broader class of transport phenomena in curved manifolds [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]. Interestingly, the predictions of the particle transport in non-Euclidean spaces have been partially corroborated in a series of experiments [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>]; superparamagnetic colloids embedded in a circle and subjected to external magnetic fields [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] and polystyrene nanoparticles diffusing on highly curved water&#x2013;silicone oil interfaces [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>]. However, further experimental, computational, and theoretical studies are needed to better understand the rich diffusion mechanisms, particle distribution, and thermodynamic properties that emerge in colloidal dispersions when the curvature of the space plays an important role.</p>
<p>From a rigorous mathematical perspective, the study of stochastic processes on differential manifolds has a long history, dating back almost a century ago. A. Kolmogoroff made a seminal contribution to the covariant formulation of the Fokker&#x2013;Planck (FP) equation (<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>), which was further developed in [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>] by proving the existence of solutions to the covariant FP equation and stochastic differential equations in manifolds, respectively. In addition, through different limiting cases reported in [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>], when <italic>t</italic> &#x2192; 0, asymptotic expressions were observed for the probability density function <italic>&#x3c1;</italic>(<italic>&#x3be;</italic>, <italic>&#x3be;</italic>&#x2032;, <italic>t</italic>) in the cases of nearby and distant points [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>]. These covariant versions of the Fokker&#x2013;Planck equation are also introduced in [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>], where one can identify a Riemannian geometry defined by a metric tensor given by the diffusion tensor [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>], while a recent formulation starting from a coordinate covariance and gauge invariance in [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>] was able to show the existence of a Langevin equation with a space-dependent diffusion matrix, whose corresponding Fokker&#x2013;Planck equation is also given in a covariant form. The covariant formulation of stochastic equations has been further developed intensely during the last decade (e.g., see, [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39]</xref>). In this work, we take a little step forward to develop a covariant approach for a system of interacting colloidal particles in a sub-manifold of the Euclidean space <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2282;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> with dimension <italic>d</italic> without the explicit inclusion of hydrodynamic interactions. The physical scenario consists of <italic>N</italic> interacting colloidal particles moving on <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>; particularly, we choose the case when <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is a curved surface with <italic>d</italic> &#x3d; 2, but the formulation derives the steps to generalize to other sub-manifolds. There are four physical assumptions that we need to take into account. To begin with, the shape of the sub-manifold must remain constant over time. In addition, the interaction between colloids and the molecules that constitute the sub-manifold (or the external field that defines the sub-manifold) is stronger than the interaction between colloids. The collective effects of the solvent molecules on the colloid are described by a stochastic force that is defined in the Euclidean space <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Finally, the size of the colloid is significantly smaller than the usual lengths of the sub-manifold.</p>
<p>The article is structured as follows. <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> introduces the covariant approach of the colloidal dynamics from a stochastic differential equation in the Stratonovich sense. In particular, we can simplify the equation for the <italic>N</italic>-particle system moving on <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> to the equation of a one-particle system moving in a hyper-dimensional manifold <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> uses the covariant approach to analyze the short-time behavior of the joint probability density and the mean-squared displacement of a tagged particle from the interacting system. Furthermore, we present two examples of a hard-sphere system and the soft interaction to estimate the order of the curvature when particles are confined to the sphere. In particular, it presents an explicit expression for the mean-squared displacement when the interaction is central. Lastly, <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> concludes with our remarks, challenges, and perspectives on the future of soft condensed matter explicitly applying our covariant approach.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Covariant approach of the colloidal dynamics</title>
<p>As discussed previously, one of the main challenges in understanding the effects of geometry on the dynamics of colloids embedded in a curved space is to develop experimental tools and theoretical frameworks that account for the transport properties that occur on the manifold. In the following section, we then provide the first preliminary steps to build a covariant theoretical formulation of the dynamics of an interacting colloidal system based on the many-body Langevin equation in the so-called overdamped limit [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>], which allows us to deduce a Smoluchowski equation [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] for the interacting system on the manifold. We should mention that, without loss of generality, within this approach, hydrodynamic interactions are disregarded, but their explicit inclusion will be reported elsewhere. Before starting with the covariant formulation, let us introduce our notation. Let us consider the colloidal system confined on a <italic>d</italic> &#x2212; dimensional manifold <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> embedded in a <italic>d</italic> &#x2b; 1 &#x2212; dimensional Euclidean space <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and described with the parameterization <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x2282;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where a particular point in <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is given by <bold>X</bold>(<italic>x</italic>), being <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<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:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> local coordinates of the neighborhood <italic>U</italic>. Using the embedding function <bold>X</bold>(<italic>x</italic>), one can define a Riemannian metric tensor by <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sub> &#x3d; <bold>e</bold>
<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub> &#x22c5;<bold>e</bold>
<sub>
<italic>&#x3b2;</italic>
</sub>, where <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, with <italic>&#x3b1;</italic> &#x3d; 1, &#x2026; , <italic>d</italic>. Further notions like normal vector, extrinsic curvature tensor, and Weingarten&#x2013;Gauss equations are introduced in Appendix A from [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. Typically, spatial dimensions of interest are <italic>d</italic> &#x3d; 1 and <italic>d</italic> &#x3d; 2.</p>
<p>As we have pointed out previously, our starting point to describe the dynamics of colloids confined in a curved manifold is based on a previous contribution [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>], where the many-body Langevin stochastic equations are posed in the overdamped regime, <italic>i.e.</italic>, the diffusive time scale, in local coordinates, is written as<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m13">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3b6;</italic> is the friction coefficient and with <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m14">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> being the <italic>i</italic> &#x2212; th particle position with <italic>i</italic> &#x3d; 1, &#x2026; , <italic>N</italic> and <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m15">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. The quantity <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m16">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> represents the collective effects of the solvent molecules on the colloid, and it is expressed by a stochastic force over the <italic>i</italic>th-particle, which satisfies the fluctuation&#x2013;dissipation theorem in the Euclidean space <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m17">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, that is, <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m18">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m19">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>k</italic>
<sub>
<italic>B</italic>
</sub>
<italic>T</italic> is the thermal energy with <italic>T</italic> being the temperature and <italic>k</italic>
<sub>
<italic>B</italic>
</sub> the Boltzmann&#x2019;s constant. The term <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m20">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> is the force that the <italic>i</italic>th-particle experiences at the position <italic>x</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> and is due to the interaction with the <italic>j</italic>th-particle located at the position <italic>x</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>. In Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref>, the tangent vector <bold>
<italic>e</italic>
</bold>
<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub> &#x2261; <italic>&#x2202;</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub>
<bold>X</bold> projects the dynamics on the tangent space <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m21">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> since the dynamics is occurring intrinsically on the manifold. Note that rising and lowering indices are carried out by the standard fashion using the metric tensor to lowering indices and inverse metric tensor <italic>g</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sup> for rising indices, for instance, <italic>v</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sup> &#x3d; <italic>g</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sup>
<italic>v</italic>
<sub>
<italic>&#x3b2;</italic>
</sub> for an arbitrary vector <italic>v</italic>.</p>
<p>In the present exposition, we adopt the consideration that Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref> is a set of <italic>N</italic> stochastic differential equations in Stratonovich&#x2019;s sense [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>],<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m22">
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m23">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> as the tangent projection of the interacting term <bold>
<italic>F</italic>
</bold>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub>, and <italic>D</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; <italic>k</italic>
<sub>
<italic>B</italic>
</sub>
<italic>T</italic>/<italic>&#x3b6;</italic> is the collective-diffusion coefficient. In addition, there is an implicit sum over the indices <italic>a</italic> &#x3d; 1, &#x2026; , <italic>d</italic> &#x2b; 1 to take into account the tangent projection with the stochastic term in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref>, which has been identified with a Wiener process for each particle <italic>d</italic>
<bold>
<italic>W</italic>
</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) &#x3d; (<italic>dW</italic>
<sub>
<italic>i</italic>,1</sub>(<italic>t</italic>), <italic>dW</italic>
<sub>
<italic>i</italic>,2</sub>(<italic>t</italic>), &#x2026;, <italic>dW</italic>
<sub>
<italic>i</italic>,<italic>d</italic>&#x2b;1</sub>(<italic>t</italic>)), so that the total Wiener process <italic>d</italic>
<bold>
<italic>W</italic>
</bold>(<italic>t</italic>) is such that dim[<italic>d</italic>
<bold>
<italic>W</italic>
</bold>(<italic>t</italic>)] &#x3d; (<italic>d</italic> &#x2b; 1)<italic>N</italic>. Since the dynamics occurs in the curved space, the Wiener process should also be projected on it. Therefore, we introduce a block diagonal projection operator <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>diag</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m26">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, where the blocks are individual operators for each particle given by the tensorial product on the basis of the tangent space and the basis of the Euclidean space.</p>
<p>It is a well-known fact that given a set of differential stochastic equation in the Stratonovich form, such as Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref>, one can find its associate Chapman&#x2013;Kolmogorov differential equation for the joint probability density function <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m27">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>]. For this, we only have to identify the components of the drift vector and the diffusion matrix, which, in this case, are <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m28">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m29">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Then, we obtain the following expression:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m30">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In this equation, let us note that the partial derivation <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m31">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> depends on the index <italic>i</italic>, which is associated with the particle label. Although this last equation has information on the geometry of the surface through the tangent vectors, it is not written in a covariant form yet. To this end, we define the probability density appropriately normalized with the volume element <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m32">
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m33">
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is the Riemannian volume element defined by <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m34">
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> for each particle. Thus, it is convenient to define a covariant joint probability density function <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m35">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> such as <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m36">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>g</italic>(<italic>x</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>) is the determinant of the metric tensor <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m37">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. After this change and using the Weingarten&#x2013;Gauss equation mentioned previously, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">3</xref> takes the following mathematical form:<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m38">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where the covariant derivative acting on a vector field <italic>v</italic>
<sup>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sup> is <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m39">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> using the coordinates of the <italic>i</italic> &#x2212; th particle, and <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m40">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m41">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are the Christoffel symbols [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. Additionally, applying the identity <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m42">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>log</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> and identifying that the Laplace&#x2013;Beltrami operator acts on the scalars <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m43">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (also using local coordinates, <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m44">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>), it is straightforward to obtain the desired covariant expression:<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m45">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> represents the covariant formulation of the Smoluchowski equation of a colloidal system of interacting particles constrained to a curved space <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m46">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, where all the geometrical features are included in the Laplace&#x2013;Beltrami operator and the covariant derivative. This equation is reduced to the standard Smoluchowski equation when the manifold <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m47">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the open Euclidean space <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m48">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where the metric tensor is <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sub>. Notice that hydrodynamic interactions have not been included in the derivation of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>.</p>
<p>Furthermore, one can write down Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> in a more compact form that allows us to prove that both systems shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>, that is, the system of <italic>N</italic> interacting particles confined to a <italic>d</italic>-dimensional manifold <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m49">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, and the system of a single particle in an external force confined to a <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m50">
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>-dimensional manifold <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m51">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> represent equivalent systems. For this purpose, let us define a hyper-dimensional Riemannian geometry by <italic>N</italic> cartesian products of the manifold <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m52">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, that is, <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m53">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> of dimension <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m54">
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, where a local patch is described with the local coordinate <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m55">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, where the Greek superscript, <italic>&#x3b1;</italic>, describes the local coordinate component, while the Latin subscript, <italic>i</italic>, describes the particle and <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m56">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Now, this manifold <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m57">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is equipped with a Riemannian metric defined through the following line element:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m58">
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>in terms of the metric tensor <italic>g</italic>
<sub>
<italic>&#x3b1;&#x3b2;</italic>
</sub> of the coordinates of each particle. Thus, the metric tensor associated with the line element (5) for the manifold <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m63">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is given by the block diagonal matrix <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m64">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>diag</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</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:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. It is not difficult to see that the covariant derivative compatible with the metric <italic>G</italic>
<sub>
<italic>AB</italic>
</sub> for the manifold <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m65">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> can be written as<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m66">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>and the corresponding Laplace&#x2013;Beltrami operator acting on scalars is simply the sum of each Laplace&#x2013;Beltrami operator:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m67">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Left: Schematic representation of a set of particles embedded in a manifold <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m59">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of dimension <italic>d</italic>. The position of the particles is given by the embedding function <bold>
<italic>X</italic>
</bold>(<italic>x</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>), and the force between particles depends on the Euclidean distance measured in <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m60">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Right: Schematic representation of a single particle in the manifold <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m61">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. The particle is carried by the projection over the tangent space of an external force given by a vector field <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m62">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Although both situations, left and right, seem to represent different systems, they represent exactly the same physical problem.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-11-1204751-g001.tif"/>
</fig>
<p>Now, defining <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m68">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> as the components of a vector field at the point <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m69">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, it is straightforward to write down the Smoluchowski equation for the full <italic>N</italic> &#x2212; particle colloidal system confined on the curved space (4) as<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m70">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By expressing the Smoluchowski equation in this compact manner, it is now clear in what sense one can interpret the problem of the interacting colloidal system as the Brownian motion of a single particle in an external field <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m71">
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> but in a hyper-dimensional space <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m72">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. This identification was already implemented in a previous contribution [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>], where an interacting colloidal system was studied on the line. Moreover, if we suppose that the interaction forces encoded in <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m73">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> can be written as <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m74">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, where &#x3a6; is a certain interacting potential, one can see that the expected equilibrium distribution is satisfied at long times, namely, <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m75">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m76">
<mml:mi mathvariant="script">Z</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the partition function for the particle system confined to the curved manifold:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m77">
<mml:mi mathvariant="script">Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x220f;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3b2;</italic> &#x3d; 1/(<italic>&#x3b6;D</italic>
<sub>0</sub>) &#x3d; 1/(<italic>k</italic>
<sub>
<italic>B</italic>
</sub>
<italic>T</italic>). Let us note that the expression of this partition function can also be obtained by integrating the momentum <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m78">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> variables from the Boltzmann weight using the Hamiltonian <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m79">
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. Usually, the potential <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m80">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> is considered a pairwise additive; thus, one can carry out the usual cluster diagrammatic expansion for the colloidal system in the curved space in equilibrium conditions [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>].</p>
<p>Consequently, Eqs (4) and (8) represent the starting point of a covariant description, without the inclusion of hydrodynamic forces that allows us to study in detail the colloid dynamics in curved spaces. In the following paragraphs, we will discuss some applications of this formulation and highlight some challenges and future perspectives that can be tackled within this approach.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Application of the covariant approach: general behavior of the short-time dynamics in a dilute colloidal system</title>
<p>In this section, we study an application of the advantage of deriving the Smoluchowski equation in curved spaces in a covariant formulation (8). This consists in providing a general behavior of the joint probability density function at the short-time regime, or equivalently, in a neighborhood around a point of the manifold <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m81">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. This calculation allows us to determine the short-time expansion of the self-diffusion coefficient; this is carried out in the following section by calculating the mean-squared displacement at the short-time regime. Since <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m82">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is a Riemannian manifold with the metric tensor <italic>G</italic>
<sub>
<italic>AB</italic>
</sub>, one can explore the curvature effects on the colloidal interacting system using the Riemann normal coordinates (RNC) (see, e.g., Refs. [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>]) in the neighborhood of a point <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m83">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> in an entirely analog manner as it has been performed for a single particle [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. To derive an approximate expression for the joint probability density function (PDF) at a short time, it is common to write the Smoluchowski Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref> as a heat-kernel equation:<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m84">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m85">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the probability to find a diffusing particle in the hyper-volume element <italic>dV</italic> centered in <italic>&#x3be;</italic>, at time <italic>t</italic>, when the particle started in <italic>&#x3be;</italic>&#x2032; at <italic>t</italic> &#x3d; 0. The operator <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is defined as <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. At the initial condition, <italic>t</italic> &#x2192; 0, the PDF acquires the form of a Dirac delta: <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m88">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. This initial condition establishes that the system is at the configuration <italic>&#x3be;</italic>&#x2032; at the starting time. Then, by performing a Fourier transform on the time parameter, the aforementioned equation can be written as <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m89">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>E</italic> is the time-conjugate Fourier variable. We should remark that <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m90">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> is equal to <italic>&#x3c1;</italic>(<italic>&#x3be;</italic>, <italic>t</italic>) with the initial condition that <italic>&#x3be;</italic> &#x3d; <italic>&#x3be;</italic>&#x2032; at time <italic>t</italic> &#x3d; 0.</p>
<p>In the following section, we use the De Witt procedure [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>], that is, we first separate the points to write the term <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m91">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> in front of the Dirac delta as the expression <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m92">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. Now, we redefine the PDF as <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. Thus, after some algebraic rearrangements, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref> can be rewritten as<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m94">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, or explicitly, this operator has the following mathematical form:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Next, we take the advantage of the fact that the Smoluchowski equation is invariant under a general coordinate transformation. Thus, we choose Riemann normal coordinates (RNC) <italic>y</italic>
<sup>
<italic>A</italic>
</sup> in a local neighborhood <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m97">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> centered at <italic>&#x3be;</italic>&#x2032;. In RNC, the neighborhood <italic>N</italic>
<sub>
<italic>&#x3be;</italic>&#x2032;</sub> looks like Euclidean space, so we choose <italic>&#x3be;</italic>&#x2032; to be the origin of this Euclidean space<xref ref-type="fn" rid="fn2">
<sup>2</sup>
</xref>. The advantage of these coordinates is that one can express the metric tensor as <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m98">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m99">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is the Riemann curvature tensor of <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m100">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> evaluated at <italic>&#x3be;</italic>&#x2032;. In addition, we express the interaction terms in a Taylor expansion around the origin of the neighborhood <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m101">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:math>
</inline-formula>, where the coefficients are evaluated at point <italic>&#x3be;</italic>&#x2032;.</p>
<p>In the subsequent section, we have all the pieces to split the operator (12) as <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, where<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m103">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>is a free &#x201c;Hamiltonian&#x201d; and<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m104">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>an interacting &#x201c;Hamiltonian,&#x201d; where we have defined a &#x201c;momentum operator&#x201d; as <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m105">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> in an analogy with quantum mechanics. Now, the solution for the probability density function can be obtained by identifying <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m106">
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> and solving Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref> as follows: <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the resolvent operator. Next, we carry out a standard perturbation theory at the first order again in an entire analogy with quantum mechanics: Thus, the approximation of the resolvent operator through the perturbation theory is <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:math>
</inline-formula>. At this approximation, there are just six terms to evaluate, corresponding to the quantities of the form <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m110">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, with <italic>i</italic> &#x3d; 1, &#x2026; , 6, where <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m111">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is one of the six terms: <italic>y</italic>
<sup>
<italic>B</italic>
</sup>, <italic>y</italic>
<sup>
<italic>B</italic>
</sup>
<italic>y</italic>
<sup>
<italic>C</italic>
</sup>, <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m112">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m113">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m114">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m115">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Since <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m116">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> depends just on the &#x201c;momentum operator&#x201d; <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it is convenient to introduce two completeness relations using the momentum basis <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to compute the contributions from the interacting Hamiltonian. Hence, one can write<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m119">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mspace width="0.3333em" class="nbsp"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="bold">q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m120">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>K</italic>
<sub>0</sub>(<italic>p</italic>, <italic>&#x3b1;</italic>) &#x3d; 1/(<italic>iE.,</italic> &#x2b; <italic>D</italic>
<sub>0</sub>
<italic>p</italic>
<sup>2</sup> &#x2b; <italic>&#x3b1;</italic>) are simply functions of the value of the &#x201c;momentum&#x201d; <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m121">
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> and energy <italic>E</italic>. In addition, we have used the transformation from the position to the momentum basis as usual <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m122">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="">
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x007C;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</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>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. We should recall that we have chosen <italic>&#x3be;</italic>&#x2032; &#x3d; 0 as the origin of the neighborhood <italic>N</italic>
<sub>
<italic>&#x3be;</italic>&#x2032;</sub>; this allows us to simplify the calculation of the integrals <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m123">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. In <xref ref-type="sec" rid="s10">Supplementary Appendix S4.1</xref>, we explicitly explain the procedure implemented to evaluate these integrals. After a straightforward calculation, the short-time approximation for the probability density function <italic>&#x3c1;</italic>(<italic>&#x3be;</italic>, 0, <italic>t</italic>) of the full interacting system can be written as<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m124">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where the terms <italic>&#x3c4;</italic>
<sup>(0)</sup>, <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m125">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m126">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are tensors given by<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m127">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m200">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x0394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>16</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m201">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref> represents the probability distribution function of the interacting particle system at the short-time regime<xref ref-type="fn" rid="fn3">
<sup>3</sup>
</xref>; it can be appreciated that the leading term, <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m128">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, is given by the Gaussian probability density valid for a very dilute system, while the sub-leading terms capture the corrections due to the curvature effects and interactions. One should notice that the joint probability distribution function has the same structure as the one developed in the asymptotic limit as <italic>t</italic> approaches zero for near points [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>].</p>
<p>The expectation values of the observables can be calculated using the standard definition <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m129">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Within the approximation given by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref>, the expectation values can be estimated in the short-time regime using expectation values <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m130">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> with the leading term <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>0</sub>(<italic>&#x3be;</italic>, 0, <italic>t</italic>); in other words, <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m131">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:math>
</inline-formula>. Expectation values of polynomial observables are particularly easy to compute due to the Gaussian structure of <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m132">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>We are interested in the calculation of the mean-squared geodesic displacement <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m133">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m134">
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> is the geodesic displacement in RNC. In addition, it is interesting to calculate the expectation value of the coordinate itself <italic>&#x3be;</italic>
<sup>
<italic>B</italic>
</sup>. For these expectation values, it is not a very difficult task to show by means of the standard calculation of the moments of a Brownian motion in a <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m135">
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>-dimensional space that <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m136">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, which is consistent with the normalization of the leading distribution <italic>&#x3c1;</italic>
<sub>0</sub>(<italic>&#x3be;</italic>, 0, <italic>t</italic>) also, it can be shown that the odd products are <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m137">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, for any positive integer <italic>k</italic>, and for even products <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m138">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m139">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m140">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>G</italic>
<sup>
<italic>BC</italic>
</sup> is evaluated at <italic>&#x3be;</italic>&#x2032;. Since the previous approximation neglects the quadratic curvature effects that correspond to pre-factors of order <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m141">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> in the mean-squared displacement [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>], we only present the result up to order <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m142">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</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:math>
</inline-formula>; an alternative method for the calculation of the moments is given in <xref ref-type="sec" rid="s10">Supplementary Appendix 4.2</xref>. This means that we basically neglect the linear terms of <italic>D</italic>
<sub>0</sub>
<italic>t</italic> in <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m143">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. Thus, the mean-squared displacement for the full <italic>N</italic>-particle system is given by<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m144">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>One can notice in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref> that in the absence of the interaction term, that is, when <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m145">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, the mean squared displacement reduces to the previous result proportional to <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m146">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</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:math>
</inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. In addition, it is not difficult to elucidate that the subsequent correction of order <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m147">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> involves pre-factors where curvature and interactions are coupled, for instance, terms proportional to <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m148">
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m149">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> from the tensor <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m150">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> appeared as pre-factors; the cubic correction will be computed elsewhere in a future communication. In addition, note that similar terms appear in the expectation value of <italic>&#x3be;</italic>
<sub>
<italic>B</italic>
</sub>, <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m151">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>One can notice that in the absence of the curvature, <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m152">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> reduces to the well-known term <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m153">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, which establishes, on average, a preferential direction of the Brownian motion. In addition, this equation shows how the curvature is coupled to the interaction term within <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m154">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</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:math>
</inline-formula> approximation. Finally, given an interacting force <bold>
<italic>F</italic>
</bold>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub> and specific sub-manifold <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m155">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2282;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, one can compute the mean-squared displacement for a tagged particle of the colloidal system by defining <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m156">
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">D</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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, which is a quantity that can be easily calculated in dynamic-like simulations [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>].</p>
<p>For practical purposes, we will provide an explicit expression for the mean-squared displacement of a tagged particle in the interacting system. We can utilize the fact that the big metric <italic>G</italic>
<sub>
<italic>AB</italic>
</sub> can be viewed as a block diagonal matrix, which enables us to express the Ricci curvature <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m157">
<mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of the big manifold <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m158">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> as the sum of the curvatures of the physical manifold <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m159">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Additionally, we will apply the explicit expressions for <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m160">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and the covariant derivative <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m250">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> to write <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m161">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. Moreover, using <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m162">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and the Weingarten&#x2013;Gauss equation &#x2207;<sub>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sub>
<bold>e</bold>
<sup>
<italic>&#x3b1;</italic>
</sup> &#x3d; &#x2212;<italic>K</italic>
<bold>n</bold>, one can calculate the expression straightforwardly as<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m163">
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>It can be observed that unlike the Brownian motion of a single particle [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>], where the curvature effects are solely intrinsic, in an interacting particle system where the interaction happens in Euclidean space, extrinsic curvature terms are introduced by the mean curvature <italic>K</italic> in the geodesic mean-squared displacement. As an additional observation, we should comment that the aforementioned result (21) is consistent with the standard result for flat surfaces with <italic>R</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> &#x3d; <italic>K</italic> &#x3d; 0 [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>].</p>
<p>In the following paragraphs, we present two illustrative examples that will highlight the importance of the geometry on the particle diffusion.</p>
<p>
<bold>Example 1</bold>: We now provide the estimation of the order of the curvature effect for a dilute hard-sphere gas on a spherical surface. According to [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>], the equation of motion for the density of hard-sphere-like Brownian particles (that might include smooth inhomogeneities) at low concentrations, <italic>&#x3d5;</italic>, is given by the effective diffusion equation <italic>&#x2202;&#x3c1;</italic>/<italic>&#x2202;t</italic> &#x3d; <italic>D</italic>&#x2207;<sup>2</sup>
<italic>&#x3c1;</italic>, where the self-diffusion coefficient of gas of hard-spheres, <italic>D</italic> gas (at low concentrations), is given by <italic>D</italic> &#x3d; <italic>D</italic>
<sub>0</sub>(1 &#x2b; <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>&#x2207;</sub>
<italic>&#x3d5;</italic>), where <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>&#x2207;</sub> &#x2243; 1.55 is a number obtained by considering hydrodynamic interactions (e.g., see chapter 6 of [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40]</xref>). If one constrains the particles to diffusive exclusively on a curved surface, one expects, at least at the short-time regime, that one just needs to replace the Laplacian &#x2207;<sup>2</sup> by the Laplace&#x2013;Beltrami &#x394;<sub>
<italic>g</italic>
</sub> operator associated with the surface. Thus, the geodesic-mean squared displacement is of the form <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m164">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>t</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>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:math>
</inline-formula>. Then, the short-time self-diffusion coefficient take the mathematical form <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m165">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">ff</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. Now, taking <italic>&#x3c4;</italic> as the typical time that a particle diffuses a distance of the order of its own size, such as <italic>D</italic>
<sub>0</sub>
<italic>&#x3c4;</italic> &#x2243; <italic>&#x3c3;</italic>
<sup>2</sup>, where <italic>&#x3c3;</italic> is the diameter of the particle, and a spherical surface of radius <italic>R</italic>, i.e., its curvature is <italic>R</italic>
<sub>
<italic>g</italic>
</sub> &#x3d; 2/<italic>R</italic>
<sup>2</sup>, one can immediately estimate the curvature effects as follows:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m166">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2243;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Let us take particularly the values <italic>R</italic>/<italic>&#x3c3;</italic> &#x3d; 10, <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>&#x2207;</sub> &#x3d; 1.55 [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] and a packing fraction of <italic>&#x3d5;</italic> &#x2243; 0.1; thus, one has <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m167">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2243;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. In addition, if the diffusing distance <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> increases, the curvature effects will be notorious.</p>
<p>
<bold>Example 2</bold>: We now provide an illustrative example for interacting particles confined on a sphere <italic>S</italic>
<sup>2</sup>. Let us first consider a generic force <bold>F</bold>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub> &#x3d; <italic>f</italic>(<italic>r</italic>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub>)<bold>r</bold>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub>, where <italic>r</italic>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub> is the distance between the particles in the Euclidean space <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m169">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <bold>r</bold>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub> is a vector from particle <italic>j</italic> to particle <italic>i</italic>; consequently <bold>F</bold>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub> is the force of particle <italic>j</italic> acting on particle <italic>i</italic>. Since particles are confined to the sphere, the vector <bold>r</bold>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub> &#x3d; <bold>X</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x2212; <bold>X</bold>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>, where <bold>X</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> is the embedding function of the <italic>i</italic> &#x2212; th particle. Since the manifold is the sphere, we have the following advantages <bold>X</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x3d; <italic>R</italic>
<bold>n</bold>(<italic>x</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>), where <italic>x</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x3d; (<italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, <italic>&#x3c6;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>) with <italic>&#x3b8;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> and <italic>&#x3c6;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> being the usual spherical coordinates for the <italic>i</italic> &#x2212; th particle, and <italic>R</italic> is the radius of the sphere. Notably, the distance between the particles can be written as <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m170">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m171">
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>. In addition, the curvatures <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m172">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m173">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> are independent from the coordinates; thus, the expression for the mean-squared displacement can be written as<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m174">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Notably, <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m175">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> has units of inverse of square length, where <italic>u</italic>(<italic>r</italic>) is the pair potential. To be concrete, we use the soft potential <italic>u</italic>(<italic>r</italic>) defined by <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m176">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> to compare with the previous results [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]. For this case, it is not difficult to see that <italic>f</italic>&#x2032;(<italic>r</italic>)<italic>r</italic> &#x3d; &#x2212;8<italic>f</italic>. Then, one obtains the expression:<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m177">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m178">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> is defined by<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m179">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In addition, note that the value of the ratio <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>
<italic>e</italic>
</sub>/<italic>R</italic> depends on the strength of the interaction potential. Now, we carry out a numerical bound of the finite sum (25) as follows: note that first <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m180">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula> is a positive number, second, we used cos&#x2009;<italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub> &#x3c; 1, and third if <italic>&#x3c3;</italic>/<italic>R</italic> is the minimal angle <italic>&#x3b3;</italic>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub> between two colloids on the sphere, thus <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m181">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Then, one should follow the following condition: <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m182">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Thus, the contribution obtained from interactions obeys<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m183">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>27</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Now, using the value <italic>N</italic> &#x3d; 10, weak interaction <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m184">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, and <italic>R</italic> &#x3d; 10<italic>&#x3c3;</italic> (see, e.g., Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]) one obtains <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m185">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, in this case, the curvature effects are visibly more pronounced.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Concluding remarks, challenges, and perspectives</title>
<p>The covariant form of Smoluchowski Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> opens up the possibility of developing a theoretical framework to study different interesting phenomena that cannot be understood with the standard statistical mechanics approximations based on a Euclidean formulation. For example, one of the topics that can be tackled with this approach is the initiation of the spinodal separation of particles interacting with short-ranged attractive forces and constrained to curved space in an analogy with the procedure presented by Jan Dhont in the case of Euclidean space [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. Following these ideas, we need to convert Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> into an expression for the probability density of one particle instead of the joint probability of all the particles. To this end, it is necessary to perform a hierarchy of equations that allows us to marginalize the joint probability density function. Once the reduced Smoluchowski equation is obtained, it is necessary to take advantage of the short-range interactions to relate out-of-equilibrium phenomena with their counterparts in equilibrium. The connection between both cases, as usual, is made through approximations concerning the equilibrium values; at this point, there exists a wide range of ways to proceed. For instance, a perturbation approach can be combined using Riemann normal coordinate formalism, Monge&#x2019;s parameterization, or covariant Fourier series to calculate all the relevant observables. On the other hand, a covariant Taylor expansion [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>] approach can also be performed to compare the results with their flat counterparts [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].</p>
<p>In addition, the covariant formalism provided by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref> can be straightforwardly used to highlight the role of the geometry on the equilibrium equation of the state of colloidal dispersions embedded in a curved space, to elucidate the geometrical contributions during the onset of non-equilibrium states, such as gels and glasses, to study the dynamics of either passive or active colloidal particles on manifolds, and to investigate the curvature effects on the structural, kinetic, and phase transitions of attractive colloids, to mention a few examples of interest in the colloidal soft matter domain. As mere speculation and motivated by the recent contribution presented in [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>], the formalism here presented can also be considered to study the dynamics of granular matter in curved manifolds.</p>
<p>Two aspects that need to be considered toward the extension of the covariant description of the Smoluchowski equation are the generalization of the fluctuation&#x2013;dissipation theorem and the inclusion of the hydrodynamic interactions in the manifold. Here, we considered that the former is satisfied in Euclidean space and that the latter are completely neglected. However, both aspects are definitely crucial to account for the dynamical properties on the manifold since they are also intimately related to the onset of non-equilibrium states. Furthermore, this theoretical framework can be extended to include rotational motion in the manifold to consider cases where the particles are anisotropic in nature, i.e., anistropic particles, such as rods, and not all the orientations are independent in the case of board-like colloids or even in those physical situations where anisotropy is associated with the particle interaction, like in patchy colloids.</p>
<p>Finally, we should mention that the covariant compact form of Smoluchowski Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref> allowed us to obtain an expression for the joint probability density function for the full system in the short-time regime. The method implemented can be extended to capture corrections of the order of <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m186">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. The short-time expression of the PDF can be used to give the curvature effects in the mean-squared displacement and the search role of the coupling between the curvature and the interactions; for instance, using this procedure, we can choose a specific interaction force and specific manifold <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m187">
<mml:mi mathvariant="double-struck">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and give an estimation of the mean-squared geodesic displacement of a tagged particle of the colloidal system at short times. Moreover, the short-time expression of the PDF (16) can also serve to define a computational scheme to study the behavior of the full system using a Monte Carlo dynamics simulation that considers curvature effects. Additionally, the covariant compact form (8) allows us to formulate the <italic>N</italic>-particle system using a Feynman path integral representation, following the steps already implemented in [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>]. Last but not the least, the study of some limiting cases of Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref> will also serve as a benchmark to computational or molecular simulation schemes adapted to study the behavior of colloids in non-Euclidean spaces.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s5">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/<xref ref-type="sec" rid="s10">Supplementary Material</xref>; further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Author contributions</title>
<p>All authors listed have made a substantial, direct, and intellectual contribution to the work and approved it for publication.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Funding</title>
<p>Authors acknowledge the financial support from CONAHCYT (grant nos 237425, 287067, and A1-S-9098), PRODEP (grant no. 511-6/17-11852), and the University of Guanajuato (grant no. 103/2023).</p>
</sec>
<ack>
<p>The authors would like to acknowledge interesting and stimulating scientific discussions with Dr. Alejandro Villada-Balbuena and Prof. Jos&#xe9; M. M&#xe9;ndez-Alcaraz.</p>
</ack>
<sec sec-type="COI-statement" id="s8">
<title>Conflict of interest</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 sec-type="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors, and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<sec id="s10">
<title>Supplementary material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2023.1204751/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2023.1204751/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material xlink:href="Presentation1.pdf" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<fn-group>
<fn id="fn1">
<label>1</label>
<p>For example, the size of the particles is significantly smaller than the standard size of the membrane.</p>
</fn>
<fn id="fn2">
<label>2</label>
<p>Indeed, starting from the geodesic equation of Riemannian geometry <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m188">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> with the metric <italic>G</italic>
<sub>
<italic>AB</italic>
</sub>, one is able to express the coordinate <italic>&#x3be;</italic>
<sup>
<italic>A</italic>
</sup> in a series expansion in powers of the geodesic length <italic>s</italic> around a certain point <italic>&#x3be;</italic>&#x2032;<sup>
<italic>A</italic>
</sup> on <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m189">
<mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>i.e</italic>., <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m190">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.17em"/>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>c</italic>
<sup>
<italic>A</italic>
</sup> are constants defined at the point <italic>&#x3be;</italic>&#x2032;<sup>
<italic>A</italic>
</sup>. Thus, if one defines <italic>y</italic>
<sup>
<italic>A</italic>
</sup> &#x3d; <italic>c</italic>
<sup>
<italic>A</italic>
</sup>
<italic>s</italic>, one can establish a coordinate transformation given by <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m191">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>f</italic>
<sup>
<italic>A</italic>
</sup> is a series involving the second and higher powers of <italic>&#x3be;</italic>
<sup>
<italic>B</italic>
</sup> &#x2212; <italic>&#x3be;</italic>&#x2032;<sup>
<italic>B</italic>
</sup>. It is clear that the equation <italic>y</italic>
<sup>
<italic>A</italic>
</sup> &#x3d; <italic>c</italic>
<sup>
<italic>A</italic>
</sup>
<italic>s</italic> represents the geodesic curves in the new coordinate system. Currently, since they are straight lines, the new coordinate system looks like an Euclidean space [<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>]. Furthermore, one can show that these coordinates can be defined alternatively by the equations <italic>G</italic>
<sub>
<italic>AB</italic>
</sub>(<italic>&#x3be;</italic>&#x2032;) &#x3d; <italic>&#x3b4;</italic>
<sub>
<italic>AB</italic>
</sub> and <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m192">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>].</p>
</fn>
<fn id="fn3">
<label>3</label>
<p>Notably, one can show that <italic>&#x3c1;</italic>(<italic>&#x3be;</italic>, 0, <italic>t</italic>) is a normalized order by order in the perturbation theory of powers of <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m193">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</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:math>
</inline-formula>. Indeed, using the aforementioned expectation values, <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m194">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m195">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>. Thus, at the first order in <italic>D</italic>
<sub>0</sub>
<italic>t</italic>, one has <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m196">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-script">R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x2207;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-script">F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</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>Zur theorie der brownschen bewegung</article-title>. <source>Annalen der Physik</source> (<year>1906</year>) <volume>324</volume>:<fpage>371</fpage>&#x2013;<lpage>81</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/andp.19063240208</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Apaza</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sandoval</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Active matter on riemannian manifolds</article-title>. <source>Soft Matter</source> (<year>2018</year>) <volume>14</volume>:<fpage>9928</fpage>&#x2013;<lpage>36</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/C8SM01034J</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Villada-Balbuena</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ortiz-Ambriz</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Castro-Villarreal</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tierno</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Casta&#xf1;eda Priego</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xe9;ndez-Alcaraz</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Single-file dynamics of colloids in circular channels: time scales, scaling laws and their universality</article-title>. <source>Phys Rev Res</source> (<year>2021</year>) <volume>3</volume>:<fpage>033246</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevResearch.3.033246</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kafri</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lubensky</surname>
<given-names>DK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nelson</surname>
<given-names>DR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dynamics of molecular motors with finite processivity on heterogeneous tracks</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2005</year>) <volume>71</volume>:<fpage>041906</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.71.041906</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Basak</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sengupta</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chattopadhyay</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Understanding biochemical processes in the presence of sub-diffusive behavior of biomolecules in solution and living cells</article-title>. <source>Biophysical Rev</source> (<year>2019</year>) <volume>11</volume>:<fpage>851</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12551-019-00580-9</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ando</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Skolnick</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Crowding and hydrodynamic interactions likely dominate <italic>in vivo</italic> macromolecular motion</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci</source> (<year>2010</year>) <volume>107</volume>:<fpage>18457</fpage>&#x2013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1011354107</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ramadurai</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Holt</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Krasnikov</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>van den Bogaart</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Killian</surname>
<given-names>JA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Poolman</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Lateral diffusion of membrane proteins</article-title>. <source>J Am Chem Soc</source> (<year>2009</year>) <volume>131</volume>:<fpage>12650</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/ja902853g</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Alenghat</surname>
<given-names>FJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Golan</surname>
<given-names>DE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Membrane protein dynamics and functional implications in mammalian cells</article-title>. <source>Curr Top Membrane<italic>s</italic>
</source> (<year>2013</year>) <volume>72</volume>:<fpage>89</fpage>&#x2013;<lpage>120</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/B978-0-12-417027-8.00003-9</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Seifert</surname>
<given-names>U</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Configurations of fluid membranes and vesicles</article-title>. <source>Adv Phys</source> (<year>1997</year>) <volume>46</volume>:<fpage>13</fpage>&#x2013;<lpage>137</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00018739700101488</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Powers</surname>
<given-names>TR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dynamics of filaments and membranes in a viscous fluid</article-title>. <source>Rev Mod Phys</source> (<year>2010</year>) <volume>82</volume>:<fpage>1607</fpage>&#x2013;<lpage>31</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.82.1607</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Guven</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>V&#xe1;zquez-Montejo</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <source>The geometry of fluid membranes: variational principles, symmetries and conservation laws</source>. <publisher-loc>Cham</publisher-loc>: <publisher-name>Springer International Publishing</publisher-name> (<year>2018</year>). p. <fpage>167</fpage>&#x2013;<lpage>219</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-319-56348-0_4</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tarjus</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sausset</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Viot</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Statistical mechanics of liquids and fluids in curved space</source>. <publisher-loc>New Jersey, United States</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons, Ltd</publisher-name> (<year>2011</year>). p. <fpage>251</fpage>&#x2013;<lpage>310</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/9781118158715.ch4</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ram&#xed;rez-Garza</surname>
<given-names>OA</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xe9;ndez-Alcaraz</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonz&#xe1;lez-Mozuelos</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Structural and dynamic inhomogeneities induced by curvature gradients in elliptic colloidal halos of paramagnetic particles</article-title>. <source>J Chem Phys</source> (<year>2017</year>) <volume>146</volume>:<fpage>194903</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4983496</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Quintana</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonz&#xe1;lez-Mozuelos</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Nanoparticles confined to a spherical surface in the presence of an external field: interaction forces and induced microstructure</article-title>. <source>J Chem Phys</source> (<year>2018</year>) <volume>148</volume>:<fpage>234901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5014991</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ram&#xed;rez-Garza</surname>
<given-names>OA</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xe9;ndez-Alcaraz</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonz&#xe1;lez-Mozuelos</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Effects of the curvature gradient on the distribution and diffusion of colloids confined to surfaces</article-title>. <source>Phys Chem Chem Phys</source> (<year>2021</year>) <volume>23</volume>:<fpage>8661</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1039/D0CP06474B</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Graham</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Covariant formulation of non-equilibrium statistical thermodynamics</article-title>. <source>Z Physik B Condensed Matter</source> (<year>1977</year>) <volume>26</volume>:<fpage>397</fpage>&#x2013;<lpage>405</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF01570750</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>van Kampen</surname>
<given-names>NG</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Brownian motion on a manifold</article-title>. <source>J Stat Phys</source> (<year>1986</year>) <volume>44</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>24</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF01010902</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Giordano</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Stochastic thermodynamics of holonomic systems</article-title>. <source>The Eur Phys J B</source> (<year>2019</year>) <volume>92</volume>:<fpage>174</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjb/e2019-100162-6</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sarmiento-G&#xf3;mez</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Villanueva-Valencia</surname>
<given-names>JR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrera-Velarde</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruiz-Santoyo</surname>
<given-names>JA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Santana-Solano</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arauz-Lara</surname>
<given-names>JL</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Short-time dynamics of monomers and dimers in quasi-two-dimensional colloidal mixtures</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2016</year>) <volume>94</volume>:<fpage>012608</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.94.012608</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Villanueva-Valencia</surname>
<given-names>JR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Santana-Solano</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sarmiento-G&#xf3;mez</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herrera-Velarde</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arauz-Lara</surname>
<given-names>JL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Casta&#xf1;eda Priego</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Long-time dynamics and hydrodynamic correlations in quasi-two-dimensional anisotropic colloidal mixtures</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2018</year>) <volume>98</volume>:<fpage>062605</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.98.062605</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Casta&#xf1;eda-Priego</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Colloidal soft matter physics</article-title>. <source>Revista Mexicana de F&#xed;sica</source> (<year>2021</year>) <volume>67</volume>:<fpage>050101</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.31349/RevMexFis.67.0501011</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ho&#x142;yst</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Plewczy&#x144;ski</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aksimentiev</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Burdzy</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Diffusion on curved, periodic surfaces</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>1999</year>) <volume>60</volume>:<fpage>302</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.60.302</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Faraudo</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Diffusion equation on curved surfaces. i. theory and application to biological membranes</article-title>. <source>J Chem Phys</source> (<year>2002</year>) <volume>116</volume>:<fpage>5831</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1456024</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhong</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tyrlik</surname>
<given-names>PM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Investigating diffusing on highly curved water&#x2013;oil interface using three-dimensional single particle tracking</article-title>. <source>The J Phys Chem C</source> (<year>2017</year>) <volume>121</volume>:<fpage>8023</fpage>&#x2013;<lpage>32</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/acs.jpcc.7b01721</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Castro-Villarreal</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Intrinsic and extrinsic measurement for brownian motion</article-title>. <source>J Stat Mech Theor Exp</source> (<year>2014</year>) <volume>2014</volume>:<fpage>P05017</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2014/05/P05017</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Castro-Villarreal</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Brownian motion meets riemann curvature</article-title>. <source>J Stat Mech Theor Exp</source> (<year>2010</year>) <volume>2010</volume>:<fpage>P08006</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2010/08/P08006</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Castro-Villarreal</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sevilla</surname>
<given-names>FJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Active motion on curved surfaces</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2018</year>) <volume>97</volume>:<fpage>052605</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.97.052605</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ledesma-Motolin&#xed;a</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carrillo-Estrada</surname>
<given-names>JL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Escobar</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Donado</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Castro-Villarreal</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Magnetized granular particles running and tumbling on the circle <italic>S</italic>
<sup>1</sup>
</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2023</year>) <volume>107</volume>:<fpage>024902</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.107.024902</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Narinder</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gomez-Solano</surname>
<given-names>JR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bechinger</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Active particles in geometrically confined viscoelastic fluids</article-title>. <source>New J Phys</source> (<year>2019</year>) <volume>21</volume>:<fpage>093058</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/ab40e0</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Katok</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hasselblatt</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Introduction to the modern theory of dynamical systems</article-title>. In: <source>Encyclopedia of mathematics and its applications</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>1995</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9780511809187</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Castro-Villarreal</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Villada-Balbuena</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xe9;ndez-Alcaraz</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Casta&#xf1;eda-Priego</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Estrada-Jim&#xe9;nez</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A brownian dynamics algorithm for colloids in curved manifolds</article-title>. <source>J Chem Phys</source> (<year>2014</year>) <volume>140</volume>:<fpage>214115</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4881060</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kolmogoroff</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Zur umkehrbarkeit der statistischen naturgesetze</article-title>. <source>Mathematische Annalen</source> (<year>1937</year>) <volume>113</volume>:<fpage>766</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/bf01571664</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yosida</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Integration of Fokker-Planck&#x2019;s equation in a compact Riemannian space</article-title>. <source>Arkiv f&#xf6;r Matematik</source> (<year>1949</year>) <volume>1</volume>:<fpage>71</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF02590470</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>It&#xf4;</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Stochastic differential equations in a differentiable manifold</article-title>. <source>Nagoya Math J</source> (<year>1950</year>) <volume>1</volume>:<fpage>35</fpage>&#x2013;<lpage>47</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0027763000022819</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Molchanov</surname>
<given-names>SA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Diffusion processes and riemannian geometry</article-title>. <source>Russ Math Surv</source> (<year>1975</year>) <volume>30</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>63</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1070/RM1975v030n01ABEH001400</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stratonovich</surname>
<given-names>RL</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Auxiliary information concerning probability theory and equilibrium thermodynamics</source>. <publisher-loc>Berlin, Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Berlin Heidelberg</publisher-name> (<year>1992</year>). p. <fpage>25</fpage>&#x2013;<lpage>58</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-77343-3_2</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Risken</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Fokker-planck equation</source>. <publisher-loc>Berlin, Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Berlin Heidelberg</publisher-name> (<year>1996</year>). p. <fpage>63</fpage>&#x2013;<lpage>95</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-61544-3_4</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Polettini</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Generally covariant state-dependent diffusion</article-title>. <source>J Stat Mech Theor Exp</source> (<year>2013</year>) <volume>2013</volume>:<fpage>P07005</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2013/07/P07005</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ding</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tu</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xing</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Covariant formulation of nonlinear Langevin theory with multiplicative Gaussian white noises</article-title>. <source>Phys Rev Res</source> (<year>2020</year>) <volume>2</volume>:<fpage>033381</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevResearch.2.033381</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dhont</surname>
<given-names>JK</given-names>
</name>
</person-group>. <source>An introduction to dynamics of colloids</source>. <publisher-loc>Amsterdam, Netherlands</publisher-loc>: <publisher-name>ISSN Elsevier Science</publisher-name> (<year>1996</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gardiner</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Stochastic methods: a handbook for the natural and social Sciences</source>. <publisher-loc>Berlin, Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Berlin Heidelberg</publisher-name> (<year>2009</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nakahara</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Geometry, topology, and physics</article-title>. In: <source>Graduate student series in physics</source>. <edition>2nd ed.</edition> <publisher-loc>Bristol, United Kingdom</publisher-loc>: <publisher-name>Institute of Physics Publishing</publisher-name> (<year>2003</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Castro-Villarreal</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Contreras-Aburto</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Estrada-Jim&#xe9;nez</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huet-Hern&#xe1;ndez</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
<name>
<surname>V&#xe1;zquez-Rodr&#xed;guez</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Single file diffusion meets feynman path integral</article-title>. <source>J Stat Mech Theor Exp</source> (<year>2021</year>) <volume>2021</volume>:<fpage>093208</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/ac21d8</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Eisenhart</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Riemannian geometry</article-title>. In: <source>Princeton landmarks in mathematics and physics</source>. <publisher-loc>New Jersey, United States</publisher-loc>: <publisher-name>Princeton University Press</publisher-name> (<year>2016</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hatzinikitas</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <source>A note on riemann normal coordinates</source> (<year>2000</year>)<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://arXiv:hep-th/0001078">arXiv:hep-th/0001078</ext-link>.</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>DeWitt</surname>
<given-names>BS</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Dynamical theory of groups and fields. Documents on modern physics</source>. <publisher-loc>Pennsylvania, United States</publisher-loc>: <publisher-name>Gordon &#x26; Breach</publisher-name> (<year>1965</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pusey</surname>
<given-names>PN</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tough</surname>
<given-names>RJA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Langevin approach to the dynamics of interacting brownian particles</article-title>. <source>J Phys A: Math Gen</source> (<year>1982</year>) <volume>15</volume>:<fpage>1291</fpage>&#x2013;<lpage>308</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0305-4470/15/4/030</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Avramidi</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Heat kernel method and its application<italic>s</italic>
</source> (<year>2015</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-319-26266-6</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Castro-Villarreal</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruiz-S&#xe1;nchez</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Pseudomagnetic field in curved graphene</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>2017</year>) <volume>95</volume>:<fpage>125432</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.95.125432</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>