Des physiciens de l'Université Emory ont montré comment un système de particules sans vie peut devenir "réaliste" en alternant collectivement entre les états cristallin et fluide, même lorsque l'environnement reste stable.

Lettres d'examen physique a récemment publié les résultats, la première réalisation expérimentale d'une telle dynamique.

« Nous avons découvert peut-être le système physique le plus simple qui peut constamment changer de comportement au fil du temps dans un environnement fixe, " dit Justin Burton, Emory professeur adjoint de physique. "En réalité, le système est si simple que nous ne nous attendions pas à ce qu'une propriété aussi complexe en sorte."

De nombreux systèmes vivants, des lucioles aux neurones, changent de comportement collectivement, allumer puis s'éteindre. Le papier actuel, cependant, impliquait un système non vivant :Particules plastiques, minuscule comme des grains de poussière, qui n'ont pas d'interrupteurs "marche" ou "arrêt".

"Les particules individuelles ne peuvent pas changer entre les états cristallin et fluide, " dit Burton. " La commutation apparaît lorsqu'il y a des collections de ces particules - en fait, aussi peu que 40. Nos résultats suggèrent que la capacité d'un système à changer de comportement sur n'importe quelle échelle de temps est plus universelle qu'on ne le pensait auparavant.

Le laboratoire Burton étudie le minuscule, particules de plastique comme modèle pour des systèmes plus complexes. Ils peuvent imiter les propriétés de phénomènes réels, comme la fusion d'un solide, et révèlent comment un système change lorsqu'il est entraîné par des forces.

Les particules sont suspendues dans une chambre à vide remplie d'argon gazeux ionisé par plasma. En modifiant la pression du gaz à l'intérieur de la chambre, les membres du laboratoire peuvent étudier le comportement des particules lorsqu'elles se déplacent entre un état d'écoulement libre dans un bourrage, poste stable.

La découverte actuelle s'est produite après que Guram "Guga" Gogia, étudiant diplômé d'Emory, ait tapé dans un shaker et ait lentement "salé" les particules dans la chambre à vide remplie de plasma, créant une seule couche de particules en lévitation au-dessus d'une électrode chargée. "J'étais juste curieux de savoir comment les particules se comporteraient dans le temps si je réglais les paramètres de la chambre à une faible pression de gaz, leur permettre de se déplacer librement, " dit Gogia. "Après quelques minutes, j'ai pu voir à l'œil nu qu'ils agissaient étrangement."

De n'importe où entre des dizaines de secondes et des minutes, les particules passeraient de se déplacer en synchronisme, ou une structure rigide, d'être dans un état semblable à un gaz fondu. C'était surprenant parce que les particules ne faisaient pas que fondre et recristalliser, mais allaient et venaient entre les deux états.

"Imaginez si vous laissiez un bac de glace sur votre comptoir à température ambiante, " dit Gogia. " Vous ne seriez pas surpris si vous fondiez. Mais si vous gardiez la glace sur le comptoir, vous seriez choqué s'il continuait à se transformer en glace et à fondre à nouveau."

Gogia a mené des expériences pour confirmer et quantifier le phénomène. Les résultats pourraient servir de modèle simple pour l'étude des propriétés émergentes dans les systèmes hors d'équilibre.

"La commutation est une partie omniprésente de notre monde physique, " Burton dit. "Rien ne reste dans un état stable pendant longtemps, du climat de la Terre aux neurones dans un cerveau humain. Comprendre comment les systèmes basculent est une question fondamentale en physique. Notre modèle élimine la complexité de ce comportement, fournir le minimum d'ingrédients nécessaires. qui fournit une base, un point de départ, pour aider à comprendre des systèmes plus complexes."