Itinulak ang Sarili na mga Particle ay Maaring Magkondisyon Sa Pag-ikot At Paglipat Tungo sa Masikip na Lugar

Tulad ng singaw ng tubig sa salamin sa banyo, ang mga molekulang gas ay magkakasama dahil sa mga kaakit-akit na puwersa sa pagitan nila at dumadaloy sa mga likidong patak. Sa isang pag-aaral na inilathala sa Nature Physics, natuklasan ng mga mananaliksik na ang mga aktibong maliit na butil ay maaaring maghalo sa pamamagitan ng pag-ikot at paglipat patungo sa masikip na lugar. Dito, nagpapakita ang isang imahe ng mikroskopyo ng isang kumpol ng mga self-propelled na mga maliit na butil na naka-code ayon sa kanilang distansya mula sa gitna. Mga Kredito: Sa kagandahang-loob ng mga may-akda: Jie Zhang, Ricard Alert, Jing Yan, Ned S. Wingreen, at Steve Granick

Bumabalik sa Madla upang Mag-concentrate

Naobserbahan namin na ang singaw ng tubig ay pumapasok sa mga likidong patak araw-araw, sa anyo ng hamog na patak sa mga dahon o patak sa takip ng isang palayok. Mula noong ang trabaho ng pisisistang Dutch na si J.D. van der Waals noong ika-19 na siglo, naiintindihan na ang paghalay ay nagreresulta mula sa kaakit-akit na mga puwersa sa pagitan ng mga molekula ng isang likido.

Ngayon, isang pangkat sa pagsasaliksik sa internasyonal ay natuklasan ang isang bagong mekanismo ng paghalay: Kahit na hindi sila nakakaakit ng bawat isa, ang mga partikong itinutulak sa sarili ay maaaring tumutok, na bumalik sa mga siksik na rehiyon kung saan sila naipon. Nai-publish ang pag-aaral Kalikasan Physics.

“Ito ay tulad ng mga kotse na papunta sa masikip na lugar at pinapalaki ang karamihan,” sabi ni Steve Granick, direktor ng IBS Soft and Living Matter Center sa Ulsan, South Korea. Ang mga self-driven na partikulo ay may panloob na mga motor na pinapayagan silang lumipat nang mag-isa. Kasama sa mga halimbawa ang bakterya, mga cell na mammalian, at maging ang mga tao. Ang mga self-propelled na mga maliit na butil na sistema ay isang halimbawa ng isang aktibong sangkap, na kung saan ay isang lumalaking lugar ng pagsasaliksik.


Dito, nagpapakita ang isang imahe ng mikroskopyo ng isang kumpol ng mga self-propelled na mga maliit na butil na naka-code ayon sa kanilang distansya mula sa gitna. Mabilis na gumalaw ang mga particle sa cluster dahil iniiwan ito ng ilang mga maliit na butil at sumali rito ang mga bagong particle. Mga Kredito: Sa kagandahang-loob ng mga may-akda: Jie Zhang, Ricard Alert, Jing Yan, Ned S. Wingreen, at Steve Granick

Sa huling dekada, hiniling ng mga mananaliksik na maunawaan ang aktibong konsentrasyon ng sangkap o paghihiwalay ng bahagi ng likidong-gas. Ang mga maagang pag-aaral ay nagsiwalat na hindi katulad ng mga passive likido na molekula, ang mga self-propelled na maliit na butil ay maaaring maghapunan kahit na hindi sila nakakaakit ng bawat isa.

Si Ricard Alert, isang kapwa mananaliksik na postdoctoral sa Princeton Center for Theoretical Science, ay nagpakita na “ang mga gumagalaw na partikulo ay nagkabanggaan sa bawat isa at natigil sa banggaan nang ilang sandali, habang ang iba pang mga maliit na butil ay sumali at lumilikha ng mga jam ng trapiko.” isa sa mga unang kapwa may-akda ng bagong akda.

“Sa mga sistemang ito, ang mga maliit na butil ay nahahati sa dalawang yugto: mga siksik na kumpol na kung saan halos hindi sila makagalaw at isang maghalo ng gas kung saan sila kumikilos nang mabilis,” sabi ni Ned Wingreen. unibersidad ng PrincetonHoward A. Punong Propesor ng Agham sa Buhay.

Sa bagong pag-aaral, pinag-aralan ng pangkat ng pagsasaliksik ang mga self-propelled na mga particle na na-synthesize sa lab. “Kumuha kami ng microscopic glass spheres at tinakpan ang isang hemisphere na may isang manipis na layer ng metal,” sabi ni Jie Zhang, isang kapwa mananaliksik na postdoctoral sa University of California, Santa Barbara, USA at isa sa mga unang may-akda ng pag-aaral.


Dito, ang mga self-propelled na mga maliit na butil ay nagpapalipat-lipat sa mala-droplet na mga kumpol na napapalibutan ng isang dilute gas phase. Mga Kredito: Sa kagandahang-loob ng mga may-akda: Jie Zhang, Ricard Alert, Jing Yan, Ned S. Wingreen, at Steve Granick

Ang mga particle ay may isang mukha ng salamin at isang metalikong mukha; Kilala sila bilang mga particle ng Janus bilang parangal sa may dalawang mukha na Romanong diyos.

Kapag naglapat ang mga mananaliksik ng isang electric field, nagsimulang tumakbo ang mga maliit na butil na may mga mukha ng salamin sa harap at ang mga mukha ng metal sa likuran. Tulad ng inaasahan, ang mga maliit na butil ay agad na nagsimulang gumalaw sa mga kumpol. Ngunit nagulat ang mga mananaliksik nang makita na ang mga maliit na butil ng kumpol ay patuloy na mabilis na gumalaw, hindi katulad ng mabibigat na trapiko.

“Sa halip na makaalis, ang mga kumpol ay puno ng mga maliit na butil na patuloy na gumagalaw at papalabas,” sabi ni Zhang. “Ang paghahanap na ito ay kapanapanabik at nakakaintriga.”

Nangangahulugan ang pagmamasid na ang mas mabagal na paggalaw ng mga maliit na butil sa mga kumpol ay hindi maipaliwanag ang paghalay sa sitwasyong ito, na pinapayagan ang koponan na bumuo ng isang teorya para sa sama-samang pag-uugali ng mga aktibong mga particle ng Janus. Natuklasan ng koponan na ang mga maliit na butil ay umikot sa mga abalang lugar sa halip na makaalis tulad ng isang siksikan sa trapiko. Ang mga maliit na butil ay na-rerouted at pagkatapos ay kumakalat sa sarili patungo sa karamihan ng tao.

“Ito ay isang bagong mekanismo ng paghalay batay sa kung paano muling binabago ng mga maliit na butil ang bawat isa,” sabi ni Alert. “Ang paghanap na ito ay nagdudulot ng isang bagong ideya sa larangan at ipinapakita na hindi lamang ang mga puwersa kundi ang mga torque din ay maaaring makabuo ng paghalay at paghihiwalay ng phase ng likido-gas.”

Pinapayagan ng bagong mekanismo ang mga maliit na butil na lumipat kahit sa mga siksik na kumpol. Samakatuwid, umaasa ang mga mananaliksik na ang kanilang mga natuklasan ay gagabay sa mga pag-aaral sa hinaharap upang magtipon ng sarili ng mga dinamikong grupo ng mga aktibong ahente, mula sa mga mikroskopikong partikulo hanggang sa mga tao at mga robot na mabilis na pumapasok at lumabas sa isang kumpol.

“Ang nasabing mabilis na paglilipat ng tungkulin ay maaaring maging kapaki-pakinabang bilang isang mahusay na diskarte sa pagpapalitan ng impormasyon sa pagitan ng mga indibidwal sa isang pangkat,” sabi ni Granick.

Sanggunian: Jie Zhang, Ricard Alert, Jing Yan, Ned S. Wingreen at Steve Granick, 20 Mau 2021, “Aktibong paghihiwalay ng yugto na bumabalik sa mas mataas na mga rehiyon ng density”, Kalikasan Physics.
DOI: 10.1038 / s41567-021-01238-8

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.