Ta ciecz wymyka się podręcznikom fizyki. Sama przyjmuje określony kształt
Student fizyki przypadkiem odkrył niezwykłą ciecz. Wystarczy ją wstrząsnąć, a samoczynnie przybiera kształt klepsydry. Profesorowie nie wiedzieli, jak to wytłumaczyć.
Jaki kształt mają płyny? Prawdopodobnie pierwszą odpowiedzią będzie: taki, jak naczynie, w którym się znajdują. Wystarczy spojrzeć na butelkę wody czy kubek kawy lub herbaty. Zgadza się prawda? A co gdyby po wymieszaniu płynnej substancji ta samoczynnie przybierała określony kształt? Odkrył ją student fizyki z University of Massachusetts Amherst.
Przypadkowo odkrył "ciecz odzyskującą kształt"
- Wyobraź sobie swój ulubiony włoski sos sałatkowy Składa się z oleju, wody i przypraw , a zanim dodasz go do sałatki, wstrząsasz nim, aby wszystkie składniki się wymieszały - wyjaśnia obrazowo Thomas Russell, profesor nauk i inżynierii polimerów na UMass Amherst i jeden z autorów artykułu, który powstał po odkryciu niezwykłej substancji.
To właśnie te przyprawy, te małe kawałki czegoś innego, umożliwiają mieszanie się wody i oleju, które zazwyczaj wykluczają się wzajemnie. Proces ten nazywa się emulsyfikacją i jest opisany prawami termodynamiki.
Pewnego dnia Anthony Raykh, student ostatniego roku na Uniwersytecie Massachusetts w Amherst, przygotowywał w laboratorium partię tego naukowego "sosu sałatkowego", aby zobaczyć, co uda mu się stworzyć. Z tą różnicą, że zamiast przypraw użył namagnesowanych cząsteczek niklu, "ponieważ można tworzyć wiele różnych interesujących materiałów o przydatnych właściwościach, gdy płyn zawiera cząsteczki magnetyczne", powiedział Raykh.
Przygotował swoją mieszankę, potrząsnął nią i "ku całkowitemu zaskoczeniu, mieszanka przybrała ten piękny, nieskazitelny kształt klepsydry" - dodał student. Bez względu na to, ile razy i jak mocno nią potrząsnął, kształt ten zawsze powracał.
- Pomyślałem: "co to jest?" Więc chodziłem po korytarzach Wydziału Nauki i Inżynierii Polimerów, pukając do drzwi moich profesorów i pytając, czy wiedzą, co się dzieje - kontynuuje Raykh. Wówczas nikt nie wiedział, ale zainteresowało to prof. Russella i prof. Davida Hoaglanda.
Przeprowadzili serię eksperymentów i skontaktowali się z kolegami z uniwersytetów Tufts i Syracuse, aby skonstruować symulacje. Wspólnie ustalili, że niezwykłe zjawisko spowodowane jest przez silny magnetyzm.
- Kiedy przyjrzysz się uważnie poszczególnym nanocząsteczkom namagnesowanego niklu, które tworzą granicę między wodą a olejem, możesz uzyskać niezwykle szczegółowe informacje na temat tego, jak różne formy się łączą. W tym przypadku cząsteczki są namagnesowane na tyle silnie, że ich połączenie zakłóca proces emulgowania, który opisują prawa termodynamiki - tłumaczy prof. Hoagland.
Zwykle cząsteczki dodane do mieszanki oleju i wody zmniejszają napięcie na styku dwóch cieczy, umożliwiając ich wymieszanie. Jednak w zaskakującym przypadku cząsteczki, które są wystarczająco silnie namagnesowane, faktycznie zwiększają napięcie międzyfazowe, wyginając granicę między olejem i wodą we wdzięczną krzywą.
Być może w przyszłości nowe odkrycie znajdzie zastosowanie. Póki co student fizyki jest podekscytowany możliwością sprawdzenia, w jaki sposób ten nigdy wcześniej nieobserwowany stan może wpłynąć na fizykę miękkiej materii. No ale przyznajmy, jaki student nie zachwyciłby się takim przypadkowym odkryciem?
Źródło: University of Massachusetts Amherst
Publikacja: Odzyskujące kształt ciecze, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02865-1. www.nature.com/articles/s41567-025-02865-1
