Un banco de peces, un enjambre de insectos y bandadas de pájaros. Una nueva investigación muestra que en su nivel más básico, este comportamiento grupal forma un nuevo tipo de materia activa llamada estado de vórtice.
La segunda ley del movimiento de Newton, que establece que a medida que aumenta la fuerza aplicada a un objeto, aumenta su aceleración y, a medida que aumenta la masa del objeto, su aceleración disminuye, se aplica a la materia pasiva e inanimada, desde los átomos hasta los planetas.
"Pero la mayor parte de la materia en el mundo es materia activa y se mueve bajo la influencia de su propia fuerza autodirigida", dice Nikolai Brilliantov, matemático del Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo en Rusia y la Universidad de Leicester en Inglaterra. . “Los seres vivos tan diversos como las bacterias, las aves y los humanos pueden interactuar con las fuerzas que actúan sobre ellos.
También hay ejemplos de materia activa inanimada. Las nanopartículas, conocidas como "partículas de Janus", están compuestas por dos lados con diferentes propiedades químicas. La interacción entre los dos lados crea un movimiento autopropulsado .
Para investigar la materia activa, Brillianty y sus colegas utilizaron una computadora para simular partículas que podían moverse por sí mismas. Estas partículas no interactuaron deliberadamente con el medio ambiente, dijo Diamonds a WordsSideKick.com. Más bien, eran más como simples bacterias o nanopartículas con fuentes de energía internas pero sin capacidades de procesamiento de información.
La primera sorpresa fue que esta materia activa se comporta de manera muy diferente a la pasiva. Según Brilliantov, pueden coexistir diferentes estados de materia pasiva. Por ejemplo, un vaso de agua líquida puede evaporarse gradualmente a un estado gaseoso, pero queda agua líquida. La materia activa, por otro lado, no coexistió en diferentes fases; todo era sólido, líquido o gaseoso.
Las partículas también se agruparon en grandes conglomerados o cuasipartículas, que formaron un patrón circular alrededor del centro vacío, una especie de remolino de sardinas. Los investigadores llamaron a estos conglomerados de partículas "vórtice" y al nuevo estado de la materia formaron el "estado de vórtice".
En este estado de vórtice, las partículas mostraron un comportamiento extraño. Por ejemplo, violaron la segunda ley de Newton: cuando se les aplicó una fuerza, no aceleraron.
“[Ellos] simplemente se mueven a una velocidad constante, lo cual es absolutamente asombroso”, dijo Brillianty.
Según él, la simulación era básica y el trabajo experimental con una sustancia activa real es el siguiente paso importante. Brillianty y sus colegas también planean realizar simulaciones más sofisticadas utilizando partículas de sustancias activas que pueden procesar información. Se parecerán más a insectos y animales y ayudarán a descubrir las leyes físicas que gobiernan el movimiento de los bancos de peces o el enjambre de insectos. Según Brilliantov, en última instancia, el objetivo es crear materiales autoensamblables a partir de la sustancia activa, lo que hace que sea importante comprender las fases de este tipo de materia.
“Es muy importante que veamos la naturaleza de la sustancia activa”, que es mucho más rica que la naturaleza de la sustancia pasiva, resumió.
Los detalles del estudio se publicaron en Scientific Reports.