StiintaAnaliza tehnica

Sfidând simetria: Cum forțele nereciproce creează materie activă sintetică

Publicat
RRedactia ElectricBuzz
Sfidând simetria: Cum forțele nereciproce creează materie activă sintetică
3 min de citit483 cuvinteRedactia ElectricBuzz

Pe scurt

“Fizicienii au descoperit că, prin valorificarea interacțiunilor asimetrice dintre particule, pot crea sisteme sintetice care se mișcă și se reorganizează fără a avea nevoie de un sistem propriu de propulsie.”

Înțelegerea interacțiunilor nereciproce

În fizica clasică, principiul acțiunii și reacțiunii al lui Newton guvernează modul în care obiectele interacționează. Totuși, cercetătorii de la Tokyo University of Science au demonstrat că, atunci când această simetrie este încălcată la nivel microscopic, apar fenomene noi remarcabile. Prin crearea unor sisteme în care o particulă influențează o alta mai puternic decât este ea însăși influențată, echipa a descoperit o nouă metodă de proiectare a materiei active care rămâne într-o mișcare dinamică constantă, în loc să se stabilizeze într-o stare statică, agregată.

Coordonați de Yutaka Sumino și Kiwamu Yoshii, cercetătorii s-au concentrat pe particule coloidale suspendate într-un mediu apos. Prin amestecarea unor particule de polistiren de două dimensiuni distincte (1 µm și 1,5 µm) și supunerea lor la un câmp electric alternativ, echipa a indus fluxuri electrohidrodinamice. Deoarece intensitatea fluxului variază în funcție de dimensiunea particulelor, cele mari exercită o forță de atracție semnificativ mai puternică asupra celor mici decât invers. Aceasta distruge simetria acțiune-reacțiune, creând un sistem nereciproc în care particulele interacționează asimetric.

Apariția structurilor autopropulsate

Cel mai frapant rezultat al acestui dezechilibru este apariția spontană a mobilității din componente statice. Individual, aceste particule coloidale nu sunt autopropulsate. Totuși, atunci când o particulă mare și una mică interacționează, ele formează o pereche asimetrică cu un „cap” și o „coadă” distincte. Aceste asocieri funcționează ca unități autopropulsate care traversează fluidul, fiind puse în mișcare de forțele asimetrice generate de mediul lichid înconjurător.

Acest comportament colectiv depășește simpla formare de perechi. Pe măsură ce unitățile interacționează, ele formează grupuri mai mari și mai complexe. Spre deosebire de sistemele tradiționale în care astfel de grupuri ar crește la nesfârșit în agregate statice, aceste structuri sunt inerent instabile. Asimetria „greoaie” a capului, combinată cu interacțiunile de volum exclus, determină fragmentarea, rearanjarea și reformarea continuă a acestor grupuri. Acest lucru împiedică sistemul să atingă un echilibru de aglomerare, permițându-i să rămână într-o stare de activitate persistentă, asemănătoare unui lichid.

De ce contează

  • Materie activă sintetică: Aceste descoperiri oferă un model pentru crearea de materiale care se pot reorganiza singure, ceea ce ar putea fi crucial pentru dezvoltarea de micro-mașinării adaptive sau materiale structurale cu capacitate de auto-reparare.
  • Fizica fundamentală: Studiul clarifică faptul că, deși aceste interacțiuni par să încalce principiul al treilea al lui Newton, ele conservă de fapt impulsul prin transferarea acestuia în fluidul înconjurător, care disipă ulterior energia prin frecare cu substratul.
  • Principii de design: Cercetarea sugerează că autopropulsia nu trebuie să fie neapărat „programată” în unități individuale. În schimb, aceasta poate apărea ca o proprietate emergentă a interacțiunilor nereciproce, simplificând considerabil proiectarea viitoarelor sisteme biologice sintetice.

Monitorizând peste 10.000 de particule pe perioade lungi de timp, echipa a reușit să facă legătura între dinamica microscopică a perechilor și comportamentul colectiv macroscopic. Această descoperire deschide o nouă frontieră în știința materialelor, sugerând că putem dicta durata de viață și structura materiei sintetice prin simpla ajustare a nereciprocității componentelor sale constitutive.

SPONSORED
The 5 Best Over-Ear ANC Headphones of 2026, Tested & Ranked
Ghid Cumpărături Recomandat
92/100
Tech si Gadgeturi•12 min de citit

The 5 Best Over-Ear ANC Headphones of 2026, Tested & Ranked

We locked five over-ear ANC picks for 2026 — Sony WH-1000XM6, Bose QuietComfort Ultra 2, Soundcore Space One, Sennheiser Momentum 5, and Apple AirPods Max 2 — then stress-tested them on lab metrics, long-term owner truth, and live street prices.

Articole similare

Articole asemanatoare, ordonate semantic dupa subiect si actualitate.

Resetul digestiv de 20 de minute: cum accelerează mersul rapid motilitatea intestinală
Stiinta

Resetul digestiv de 20 de minute: cum accelerează mersul rapid motilitatea intestinală

Cercetări noi realizate de Universitatea de Sănătate Fujita confirmă faptul că o plimbare scurtă și relaxată poate declanșa creșteri imediate și măsurabile ale tranzitului intestinal, oferind o bază fiziologică pentru ameliorarea constipației prin efort fizic.

Ecartul digital: cum schimbă așteptările privind sănătatea digitală practica asistenței medicale
Stiinta

Ecartul digital: cum schimbă așteptările privind sănătatea digitală practica asistenței medicale

Un studiu recent realizat de Universitatea din estul Finlandei explorează modul în care anticiparea eficienței digitale transformă realitatea cotidiană a asistenței medicale clinice.

Alinare sonoră: cum muzica preferată poate reduce durerea clinică
Stiinta

Alinare sonoră: cum muzica preferată poate reduce durerea clinică

Cercetările recente sugerează că ascultarea propriilor melodii preferate poate fi mult mai eficientă decât muzica de relaxare standard în timpul procedurilor medicale minore, precum montarea unei canule.

Un pas înainte în neuroștiință: cum ne ajută jocurile video să descifrăm creierul uman
Stiinta

Un pas înainte în neuroștiință: cum ne ajută jocurile video să descifrăm creierul uman

Cercetătorii revoluționează imagistica prin rezonanță magnetică (fMRI) folosind jocuri video imersive pentru a observa cum mintea umană anticipează, se adaptează și reacționează în medii dinamice.

Descifrarea universului: De ce munca lui Francis Halzen la IceCube a fost recompensată cu Premiul Nobel
Stiinta

Descifrarea universului: De ce munca lui Francis Halzen la IceCube a fost recompensată cu Premiul Nobel

Premiul Nobel pentru Fizică pe 2026 îi este acordat lui Francis Halzen pentru contribuțiile sale fundamentale la Observatorul de Neutrini IceCube, aducând o nouă perspectivă asupra cosmosului prin studierea acestor particule evazive.

Descifrarea îmbătrânirii imunitare: de ce sexul și biologia sunt esențiale în terapia cancerului
Stiinta

Descifrarea îmbătrânirii imunitare: de ce sexul și biologia sunt esențiale în terapia cancerului

Un studiu revoluționar dezvăluie modul în care sexul biologic și îmbătrânirea timusului influențează capacitatea sistemului imunitar de a lupta împotriva cancerului, având potențialul de a reconfigura viitorul imunoterapiei.

Stabilitatea circadiană: veriga lipsă în gestionarea diabetului de tip 2
Stiinta

Stabilitatea circadiană: veriga lipsă în gestionarea diabetului de tip 2

Cercetări recente dezvăluie că sincronizarea ritmurilor biologice zilnice — în special prin activitate fizică și somn — ar putea fi mai importantă pentru controlul glicemiei decât se credea până acum.

Beneficiile invizibile: De ce antrenamentul de forță funcționează înainte ca acul cântarului să se miște
Stiinta

Beneficiile invizibile: De ce antrenamentul de forță funcționează înainte ca acul cântarului să se miște

Cercetări recente dezvăluie că antrenamentul de forță începe să reducă grăsimea viscerală periculoasă la nivel molecular după doar șapte zile, mult înainte ca scăderea în greutate să devină vizibilă.