Способна ли жидкость запоминать форму, бросая вызов термодинамике?

Исследовательская группа из Университета Массачусетса в Амхерсте (UMass Amherst) столкнулась с неожиданным явлением. Аспирант-физик Энтони Рэйх обнаружил, что смесь масла, воды и намагниченных наночастиц никеля после встряхивания неизменно разделяется, образуя устойчивую форму, напоминающую «классически изогнутые линии греческой вазы». Эта форма оставалась стабильной независимо от частоты или интенсивности встряхивания.
Способна ли жидкость запоминать форму, бросая вызов термодинамике?
Изображение носит иллюстративный характер

Открытие стало полной неожиданностью, поскольку противоречило устоявшимся принципам термодинамики, касающимся эмульгирования и межфазного натяжения. Обычно ожидается, что подобные смеси (эмульсии) либо смешиваются, либо разделяются иным образом под действием эмульгаторов, снижающих поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Наблюдаемое же поведение казалось невозможным.

Энтони Рэйх вспоминает свою реакцию: "... в полной неожиданности смесь приняла эту прекрасную, безупречную форму вазы». Столкнувшись с необъяснимым, он искал ответы у коллег: «Я подумал: 'Что это такое?' И я ходил по коридорам... спрашивая их, знают ли они, что происходит».

Для разгадки потребовались совместные усилия. Эксперименты проводились в UMass Amherst, а компьютерное моделирование — в Университете Тафтса и Сиракузском университете. Ключевую роль в исследовании сыграли старшие авторы из UMass Amherst: Томас Рассел, заслуженный профессор полимерных наук и инженерии имени Сильвио О. Конте, и Дэвид Хогланд, профессор полимерных наук и инженерии, специализирующийся на мягких материалах.

Томас Рассел объясняет стандартный процесс эмульгирования на простом примере: «Представьте себе вашу любимую итальянскую салатную заправку...» Обычно компоненты вроде специй действуют как эмульгаторы, снижая межфазное натяжение между маслом и водой, способствуя их смешиванию или образованию мелкодисперсной взвеси.

Однако в данном случае механизм оказался противоположным. Сильно намагниченные наночастицы никеля не уменьшали, а наоборот, увеличивали межфазное натяжение. Именно это повышенное натяжение заставляло границу раздела между маслом и водой изгибаться и принимать стабильную, характерную форму вазы.

Дэвид Хогланд поясняет детали на микроуровне: «Когда вы очень внимательно смотрите на отдельные наночастицы... вы можете получить чрезвычайно подробную информацию о том, как собираются различные формы. В данном случае частицы намагничены достаточно сильно, чтобы их сборка мешала процессу эмульгирования...»

Потенциал использования магнитных частиц в жидкостях отмечает и Энтони Рэйх: "... потому что можно создавать всевозможные интересные материалы с полезными свойствами, когда жидкость содержит магнитные частицы».

Результаты этого исследования были опубликованы в престижном научном журнале Nature Physics. Они демонстрируют, как сильный магнетизм может вмешиваться в термодинамические процессы в системах мягкой материи и даже преобладать над ними.

Томас Рассел подчеркивает важность таких аномальных наблюдений: «Когда вы видите что-то, что не должно быть возможным, вы должны это исследовать». Обнаруженная «жидкость, восстанавливающая форму», представляет собой фундаментальное открытие.

На данный момент конкретных практических применений для этого явления не найдено. Тем не менее, открытие представляет собой, по сути, новое состояние вещества и имеет потенциал значительно повлиять на развитие физики мягкой материи, открывая новые пути для исследования и создания материалов с уникальными свойствами.


Новое на сайте

19521Банковский троян VENON на Rust атакует Бразилию с помощью девяти техник обхода защиты 19520Бонобо агрессивны не меньше шимпанзе, но всё решают самки 19519Почему 600-килограммовый зонд NASA падает на Землю из-за солнечной активности? 19518«Липовый календарь»: как расписание превращает работников в расходный материал 19517Вредоносные Rust-пакеты и ИИ-бот крадут секреты разработчиков через CI/CD-пайплайны 19516Как хакеры за 72 часа превратили npm-пакет в ключ от целого облака AWS 19515Как WebDAV-диск и поддельная капча помогают обойти антивирус? 19514Могут ли простые числа скрываться внутри чёрных дыр? 19513Метеорит пробил крышу дома в Германии — откуда взялся огненный шар над Европой? 19512Уязвимости LeakyLooker в Google Looker Studio открывали доступ к чужим базам данных 19511Почему тысячи серверов оказываются открытой дверью для хакеров, хотя могли бы ею не быть? 19510Как исследователи за четыре минуты заставили ИИ-браузер Perplexity Comet попасться на... 19509Может ли женщина без влагалища и шейки матки зачать ребёнка естественным путём? 19508Зачем учёные из Вены создали QR-код, который невозможно увидеть без электронного... 19507Девять уязвимостей CrackArmor позволяют получить root-доступ через модуль безопасности...
Ссылка