Истражувачи во Јапонија открија како илјадници микроскопски честички можат спонтано да се спарат, да се движат и да се реорганизираат, кршејќи ја симетријата на дејството и реакцијата во познатиот закон на Исак Њутн.
За студијата, спроведена на Факултетот за напредно инженерство на Универзитетот за наука во Токио, беше создаден голем систем што содржи над 10.000 колоидни честички и нивното однесување беше набљудувано повеќе од еден час.
Под влијание на наизменично електрично поле честичките со различни големини почнаа нерамномерно да комуницираат. Поголемите честички ги привлекуваа помалите посилно отколку помалите честички ги привлекуваа назад. Поради оваа интеракција, пасивните честички формираа парови и се движеа низ течноста.
Во обичните пасивни системи интеракциите се реципрочни. Според третиот закон за движење на Њутн, за секое дејство постои еднаква и спротивна реакција. Едноставно кажано, кога еден објект врши сила врз друг, другиот врши еднаква и спротивна сила за возврат.
За да создадат систем со нереципрочни интеракции, истражувачкиот тим суспендираше колоидни честички од полистирен со радиуси од 1 и 1,5 микрометри во вода. Потоа ги затворија помеѓу транспарентни електроди обложени со индиум калај оксид.
Откако истражувачкиот тим примени наизменично електрично поле, околу честичките се формираа електрохидродинамички (EHD) текови. Тие открија дека јачината на овие текови во голема мера зависи од големината на честичките. Поголемите честички произведуваа посилни текови од помалите, што значи дека нивното привлекување посредувано од EHD беше исто така посилно.
Резултатот од оваа нерамнотежа беа нереципрочни интеракции помеѓу честичките со различни големини. Честичките потоа спонтано се составија во асиметрични парови со јасна предна и задна страна. Иако ниедна поединечна честичка не можеше да се движи поединечно, заедно тие се однесуваа како самоодна единица.
Како што се појавуваа повеќе парови, тие почнаа да се составуваат во поголеми кластери. Но, за разлика од конвенционалните привлекувачи, кластерите не продолжија едноставно да растат.
Наместо тоа, тие постојано се распаѓаа, се преуредуваа и повторно се формираа. Самоодните парови континуирано генерираа движење во себе и спречуваа формирање на џиновски статички агрегати.
Истражувачите го споредија ова однесување со суспензии што содржат честички само со една големина. Во овие системи интеракциите останаа реципрочни, додека честичките постепено се составуваа во статични кристални структури.
Нумеричките симулации ги репродуцираа експерименталните резултати и покажаа дека нереципрочниот парен погон е минималниот механизам потребен за одржување на необичната динамика на кластерите.
Слични нереципрочни интеракции можат да се појават во биолошки системи, како што се клеточни колонии и групи животни. Таквиот механизам би можел да влијае на развојот на нови технологии, вклучувајќи програмабилни материјали и надворешно контролирани микророботски системи.
Студијата е објавена во списанието Physical Review Letters.
(Bug.hr)
(фото: Flickr)
