Частицы пластика заставили вести себя подобно живым организмам

Ученым удалось добиться от группы частиц пластика поведения, характерного для живых систем. Это было достигнуто за счет повторяющегося перехода между кристаллическим и неупорядоченным состояниями, причем явление наблюдалось даже в стабильных условиях внешней среды. Статья с описанием опубликована в журнале Physical Review Letters.

«Мы обнаружили, наверное, самую простую физическую систему, которая может длительное время поддерживать изменяющееся поведение при фиксированных условиях среды, — пояснил соавтор работы Джастин Бертон из Университета Эмори. — Эта система настолько проста, что мы совершенно не ожидали, что в ней появятся такие сложные свойства».

Многие живые системы, такие как стаи мух или цепочки нейронов, меняют свое поведение коллективно: например, совместно переходят в возбужденное состояние, а затем возвращаются в исходное. Ученые заметили подобную смену режимов в квазидвумерной системе из микрочастиц пластика. «Отдельные частицы не могут переключаться между кристаллическим и неупорядоченным состояниями, — поясняет Бертон. — Переключение появляется в группах, причем даже состоящих из всего 40 частиц. Наше открытие предполагает, что способность систем менять поведение является намного более универсальным свойством, чем считалось ранее».

В эксперименте заряженные частицы «подвешивались» над электродом в камере с аргоновой плазмой низкой плотности. Меняя давление плазмы, физики могли переводить систему пластиковых частиц из стабильного состояния с фиксированными положениями в возбужденное, при котором частицы свободно двигались. При определенных значениях давления плазмы и напряжения на электроде система оказывалась в бистабильном состоянии, при котором самопроизвольно переходила между упорядоченной и неупорядоченной фазами на временном масштабе минут.

«Переходы происходят в физическом мире повсеместно, — подытоживает Бертон. — Ничто не находится в устойчивом состоянии длительное время, начиная от земного климата и до нейронов в мозгу. Понимание деталей таких переходов в системах является фундаментальным вопросом физики. Наша модель отсекает всю сложность такого поведения, оставляя лишь минимальное количество необходимых ингредиентов. Это предоставляет задел для изучения более сложных систем».