Particulele „interzise” care se atrag unele pe altele

Fizica particulelor este strictă când vine vorba de principiul „contrariile se atrag reciproc”. În același mod în care polii identici ai oricăror doi magneți se resping, sarcinile negative și cele pozitive au o aversiune universală față de propria companie. Dar ce se întâmplă cu particulele „interzise”?

Cu toate acestea, chimiștii de la Universitatea Oxford (Anglia) au descoperit într-o eprubetă o surpriză despre particulele „interzise”, care se atrag deși au același tip de sarcină.

„Încă găsesc fascinant să văd că aceste particule se atrag, chiar și după ce am văzut asta de o mie de ori”, spune autorul principal al studiului, Sida Wang.

Particulele „interzise” care se atrag, în ciuda încărcării cu același tip de sarcină

Suspendați mai mulți electroni într-un vid complet și aceștia vor arunca săgeți electromagnetice, împingându-se unul pe celălalt cu o forță reprezentată de legea lui Coulomb. La fel, protonii în golul spațiului vor fi și ei împinși la distanță datorită încărcăturilor lor pozitive comune.

Pe de altă parte, amestecați particule dominate de încărcături diferite și povestea se schimbă. Chimia nu ar fi la fel fără legea lui Coulomb. Pentru a simplifica lucrurile, chimiștii presupun că această lege este valabilă pentru particulele încărcate care plutesc într-o soluție, la fel cum este pentru aceleași particule în vid. Wang și echipa sa au luat în considerare posibilitatea ca regulile să nu fie atât de simple atunci când este implicat un solvent.

Într-o serie de experimente bazate pe particule de siliciu în diferite tipuri de soluții, cercetătorii au măsurat factori precum aciditatea și structura moleculară a solventului pentru a determina puterea interacțiunilor particulelor. Utilizând un microscop optic, au calculat, de asemenea, distribuțiile densităților particulelor, notează Science Alert.

A fost clar, pe baza observațiilor, că particulele de siliciu cu sarcină negativă în soluțiile pe bază de apă nu se împing la fel cum ar face-o într-un spațiu gol ideal. Dimpotrivă, acestea efectiv s-au apropiat.

Cum este posibil acest lucru?

O explicație posibilă ar putea fi găsită în examinarea pH-ului soluției, care a influențat forța atracției atunci când a fost modificat de la un pH relativ acid de 4 la unul bazic de 10.

În mod ciudat, particulele de siliciu ajustate să aibă o sarcină pozitivă nu s-au comportat astfel deloc, cel puțin nu în soluțiile apoase. Experimente suplimentare folosind alcool ca solvent au oferit o oportunitate excelentă pentru particulele cu sarcină pozitivă de a se apropia una de cealaltă.

Aceste forțe atrăgătoare nou descoperite au fost observate pe distanțe lungi și au fost contracarate de respingerea așteptată la distanțe mai scurte.

Cu toate că interacțiunile dintre particule și solvent sunt complexe, este clar că acestea sunt semnificative suficient pentru a înfrunta forțele Coulomb omniprezente care obișnuiesc să împingă particulele dominate de aceeași sarcină.

În ceea ce cercetătorii numesc o „forță de electrosolvatare”, structura soluției și componentele sale încărcate interacționează cu suprafețele particulelor suspendate într-un mod care creează o forță netă atrăgătoare, aducând particulele de siliciu în ciorchine, în ciuda respingerii lor.

Descoperirile ar putea avea implicații semnificative în aproape orice domeniu științific în care este importantă mișcarea particulelor încărcate dintr-o soluție, putând să ducă la progrese în domeniul dezvoltării farmaceutice, al înțelegerii bolilor și al proiectării unor noi tipuri de nanotehnologii.

„Moleculele cu sarcini asemănătoare în soluție pot, de fapt, experimenta o atracție puternică și pe termen lung, chiar și în condiții fiziologice”, concluzionează Wang și colegii săi.

Această cercetare a fost publicată în Nature Nanotechnology.

Vă recomandăm să citiți și:

Cele mai puternice câmpuri magnetice ar putea fi chiar aici pe Pământ

Un metamaterial din titan imprimat 3D a rezolvat o veche problemă de inginerie

Uriașul „distrugător de atomi” din Elveția încearcă să dezvăluie 95% din Univers

Laserul gravitațional, posibil acum datorită marilor descoperiri ale lui Einstein