Zespół naukowców pod przewodnictwem absolwenta fizyki na University of Massachusetts Amherst niedawno dokonał zaskakującego odkrycia tego, co nazywają „płynem reningowym”, który sprzeciwia się pewnym długotrwałym oczekiwaniom wynikającym z praw termodynamiki. Badania, opublikowane w Nature Physics, szczegółowo opisują mieszankę oleju, wody i cząstek magnesowanych, które po wstrząśnięciu zawsze szybko dzielą się na klasycznie zakręcone linie greckiej urny.
„Wyobraź sobie swój ulubiony włoski sos sałatkowy” – mówi Thomas Russell, Silvio O. Conte Distinguished Professor of Polymer Science and Engineering w UMass Amherst i jeden ze starszych autorów gazety. „Złożony jest z oleju, wody i przypraw, a przed wlaniem go na sałatkę wstrząsasz, aby wszystkie składniki się wymieszały”. To te przyprawy, te małe kawałki czegoś innego, które pozwalają wodę i olej, które zwykle wykluczają się wzajemnie, mieszanie procesu zwanego emulgacją i opisane przez prawa termodynamiki.
Emulsyfikacja leży u podstaw szerokiego zakresu technologii i zastosowań daleko poza przyprawami, a pewnego dnia, absolwent UMass Amherst, Anthony Raykh, był w laboratorium, mieszając partię tego naukowego „sosu sałatkowego”, aby zobaczyć, co może tworzyć – zamiast przypraw, używał cząstek magnetowanych z tyłu, „” Raykh. Zrobił swoją mieszankę, wstrząsnął nią-„i, ku całkowitej zaskoczeniu, mieszanka utworzyła ten piękny, nieskazitelny kształt urna”. Bez względu na to, ile razy lub jak mocno się potrząsnął, kształt urny zawsze powracał.
„Pomyślałem:„ Co to jest? ” Więc poszedłem po korytarzach działu nauki i inżynierii polimerowej, pukając do drzwi moich profesorów, pytając ich, czy wiedzą, co się dzieje ” – kontynuuje Raykh. Nikt tego nie zrobił. Ale przyciągnęło uwagę Russella i Davida Hoaglanda, profesora polimerowego nauki i inżynierii w UMass Amherst, drugim starszym autorze gazety i specjalisty w dziedzinie materiałów miękkich.
Zespół przeprowadził eksperymenty i skontaktował się z kolegami z uniwersytetów Tufts i Syracuse w celu budowy symulacji. Razem wysiłek współpracy ustalił, że magnetyzm, silny magnetyzm, wyjaśnia niewytłumaczalne zjawisko odkryte przez Raykha.
„Kiedy przyjrzysz się bardzo uważnie na poszczególne nanocząstki z magnetyzowanego niklu, które tworzą granicę między wodą a olejem”, mówi Hoagland, „możesz uzyskać wyjątkowo szczegółowe informacje o tym, jak zgromadzają się różne formy. W tym przypadku cząsteczki są mocno mocno magnetyzowane, że ich montaż zakłóca się z procesem emulgowania, co opisują prawa termodynamiki”.
Zazwyczaj cząstki dodane do mieszaniny oleju i wody zmniejszają napięcie na interfejsie między dwoma cieczami, umożliwiając im mieszanie. Ale w skręceniu cząstki, które są mocno mocno magnetyzowane, faktycznie zwiększają napięcie międzyfazowe, zginając granicę między olejem a wodą w wdzięczną krzywą.
„Kiedy widzisz coś, co nie powinno być możliwe, musisz zbadać” – mówi Russell.
Chociaż nie ma jeszcze wniosku o jego nowatorskie odkrycie, Raykh jest podekscytowany, widząc, jak ten nigdy wcześniej nie widziany stan może wpłynąć na dziedzinę fizyki miękkiej.
Badania zostały sfinansowane przez amerykańską National Science Foundation i Departament Energii USA.