A fost descoperită o nouă stare de agregare a materiei. Care este legătura cu sticla, ce spun oamenii de știință

Aproape toată lumea știe că există patru stări de agregare ale materiei. Cu trei dintre ele, solidă, lichidă și gazoasă, suntem foarte familiarizați, în timp ce a patra, cea plasmatică, este, mai degrabă, apanajul specialiștilor în fizică. Dar o nouă cercetare a descoperit o a cincea posibilă stare de agregare și, surprinzător, poate, ea are legătură cu sticla.

A fost descoperită o nouă stare de agregare a materiei

Sticla poate să pară un lucru banal, aranjat într-o perfectă stare solidă. Dar, privită mai îndeaproape, ea se dovedește a fi un aranjament haotic de particule, proprietățile ei fizice și chimice și adevărata ei natură rămânând, încă, un mister pentru oamenii de știință.

Când un material face tranziția de la faza lichidă la cea solidă, moleculele se aliniază tipic într-un model de cristal. La sticlă, aceasta nu se întâmplă. În schimb, moleculele îngheață efectiv pe loc până să survină cristalizarea.

Această stare ciudată și dezordonată este caracteristică sticlei în sisteme diferite și oamenii de știință au încercat să înțeleagă exact cum se formează această stare metastabilă.

Fiica lui Igor Cuciuc, condusă astăzi pe ultimul drum. Sute de oameni au stat ore în șir la coadă pentru a-și lua rămas bun de la Andreea

Vin din nou ninsorile în România. ANM a actualizat prognoza pentru următoarele săptămâni

O nouă cercetare, publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences, ce a implicat calcule și simulări pe calculator, a oferit indicii semnificative în această privință.

În mod specific, studiul a indicat că, într-un fel anume, undeva între starea lichidă și cea solidă există un soi de rearanjament al particulelor ce era necunoscut până acum.

Conform cercetătorilor Dimitrios Fraggedakis, Muhammad Hasyim și Kranthi Mandadapu de la Universitatea Berkeley, California, acesta este un comportament ce apare la granița de temperatură dintre lichidele super răcite și solide, când particulele statice rămân „excitate” și „zvâcnesc” pe loc.

Care este legătura cu sticla, ce spun oamenii de știință

Suntem foarte obișnuiți cu trei dintre stările de agregare fundamentale ale materiei pe care le întâlnim zi de zi: solidă, lichidă și gazoasă. Fiecare este definită prin relațiile specifice dintre particulele lor și mediul înconjurător.

Când una se transformă în alta – un solid devine lichid sau un lichid se evaporă sub formă de gaz, de exemplu – acest lucru este cunoscuta ca „stare de tranziție”

Dar materia este ceva mai complexă decât cele trei stări fundamentale. Atomii pot deveni atât de fierbinți, de exemplu, încât încărcătura lor formează plasma, a patra stare de agregare recunoscută de știință. Răcite corespunzător, unele clase de particule își pot pierde identitatea, amestecându-se într-un cuantum neclar.

Solidele amorfe sunt un mix ciudat de organizare specifică solidelor și lipsă a legăturilor întâlnită la lichide. Acolo unde particulele dintr-un solid tind să formeze conexiuni predictibile cu „vecinii” lor, odată ce rămân blocate pe loc la temperatura potrivită, solidele amorfe prezintă aranjamentul dezordonat al unui lichid.

Folosind sticla ca cel mai comun exemplu, elementele ei constitutive de oxigen și siliciu capătă fluiditate atunci când sunt încălzite.

Răcite lent, aceste particule au timp să se adune într-o structură de cristal ordonată; acesta este momentul în care ele devin un solid amorf, iar temperatura la care debutează acest fenomen este temperatura de declanșare.

Fraggedakis, Hasyim și Mandadapu au folosit simulări și calcule combinate cu rezultate ale cercetătorilor anterioare pentru a determina dacă această tranziție poate să nu fie atât de lină, dată fiind activitatea specială a particulelor ce se află între starea lor normală lichidă și cea super-răcită.

„Teoria noastră a anticipat temperatura de declanșare măsurată în sistemele-model și explică de ce comportamentul lichidelor super-răcite în jurul acelei temperaturi este o reminiscență a stării lor solide, chiar dacă structura lor este aceeași cu a unui lichid, a explicat Mandadapu.

„Temperatura de declanșare a dinamicii sticloaselor este ca o temperatură ce „topește” un lichid super-răcit și-l transformă în lichid propriu-zis”, a adăugat el.

Chiar dacă fluxul total de atomi dintr-un lichid super-răcit este, practic, zero, particulele își transformă continuu configurația în timp ce sunt blocate pe loc, rezultând mișcări numite „excitații”.

Cercetătorii au tratat aceste particule „excitaț” dintr-un lichid super-răcit 2D, ce sunt considerate defecte într-un solid, și au calculat ce se întâmplă atunci când temperatura se modifică.

Ei au descoperit că legăturile dintre perechile de particule „excitate” încep să se rupă la temperatura de declanșare, ducând la pierderea rigidității și dând startul unui comportament specific unui lichid normal.

Echipa consideră că modelul lor poate fi extins pentru a înțelege modul în care această tranziție se petrece tridimensional și oferă un fundament pentru viitoarele studii experimentale din domeniu.