Banco de peces, enjambres de insectos y pájaros vuelan en murmullos. Ahora, una nueva investigación encuentra que, en el nivel más básico, este tipo de comportamiento grupal forma un nuevo tipo de materia activa, llamado estado en espiral
leyes físicas como segunda ley de movimiento de Newton - que establece que a medida que aumenta una fuerza aplicada a un objeto, su aceleración aumenta, y que a medida que aumenta la masa del objeto, su aceleración disminuye - se aplica a la materia pasiva no viviente, que va desde átomos a planetas. Pero gran parte de la materia enel mundo es materia activa y se mueve bajo su propia fuerza autodirigida, dijo Nikolai Brilliantov, matemático del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo en Rusia y la Universidad de Leicester en Inglaterra. Seres vivos tan diversos como bacterias , las aves y los humanos pueden interactuar con las fuerzas que ejercen sobre ellos. También hay ejemplos de materia activa no viva. Las nanopartículas conocidas como "partículas de Janus" están formadas por dos lados con diferentes propiedades químicas. Las interacciones entre los doslos lados crean un movimiento autopropulsado.
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Para explorar la materia activa, Brilliantov y sus colegas usaron una computadora para simular partículas que podían autopropulsarse. Estas partículas no interactuaban conscientemente con el medio ambiente, dijo Brilliantov a Rhythm89. Más bien, eran más parecidas a bacterias simples o nanopartículas confuentes internas de energía, pero sin capacidad de procesamiento de información.
La primera sorpresa fue que esta activa asunto se comporta de manera muy diferente a la materia pasiva. Pueden coexistir diferentes estados de materia pasiva, dijo Brilliantov. Por ejemplo, un vaso de agua líquida puede evaporarse gradualmente a un estado gaseoso sin dejar agua líquida. La materia activa, por el contrario, nocoexistía en diferentes fases; era todo sólido, todo líquido o todo gas.
Las partículas también se agruparon como grandes conglomerados, o cuasi-partículas, que se molieron juntas en un patrón circular alrededor de un vacío central, como un remolino de sardinas en formación. Los investigadores llamaron a estos conglomerados de partículas "remolinos", y llamaron a losnuevo estado de la materia formaron un "estado de remolino".
En este estado de remolino, las partículas mostraron un comportamiento extraño. Por ejemplo, violaron la segunda ley de Newton: cuando se les aplicó una fuerza, no se aceleraron.
"[Ellos] simplemente se mueven con una velocidad constante, lo cual es absolutamente sorprendente", dijo Brilliantov.
Las simulaciones eran básicas y el trabajo experimental con materia activa del mundo real es un próximo paso importante, dijo. Brilliantov y sus colegas también planean hacer simulaciones más complejas utilizando partículas de materia activa con capacidades de procesamiento de información.Se parecen mucho a los insectos y los animales y ayudan a revelar las leyes físicas que rigen la escolarización, el enjambre y las bandadas. En última instancia, el objetivo es crear materiales autoensamblables a partir de materia activa, dijo Brilliantov, lo que hace que sea importante comprender las fases de este tipo de materia.
"Es muy importante que veamos que la naturaleza de la materia activa" es mucho más rica que la de la materia pasiva, dijo Brilliantov.
La investigación se detalló en octubre de 2020 en la revista Informes científicos .
Publicado originalmente en Rhythm89.