Los científicos de la Universidad de Chicago y la Universidad de Bath usaron ondas de sonido para levitar partículas, revelando nuevas ideas sobre cómo los materiales se agrupan en ausencia de gravedad, principios que subyacen a todo, desde cómo se ensamblan las moléculas hasta las primeras etapas del planetaformación del polvo espacial.
"Gran parte del universo está formado por partículas que se ensamblan", dijo Heinrich Jaeger, Profesor de Física del Servicio Distinguido Sewell Avery, coautor de un nuevo estudio que aparece en Física de la naturaleza . "Con levitación acústica, tenemos un hermoso sistema de modelo para estudiar el ensamblaje a escalas visibles para el ojo humano, donde podemos rastrear cada partícula con precisión y luego relacionar los resultados con una amplia gama de fenómenos a menudo mucho más microscópicos."
El laboratorio de Jaeger lleva a cabo estudios innovadores de las leyes que rigen las interacciones de las partículas, que han utilizado para crear una pinza robótica para recoger casi cualquier objeto y explicar un antiguo misterio de la física que le permite correr por la superficie deuna piscina llena de agua y almidón de maíz.
En este caso, el equipo estaba interesado en la forma de grupos prototípicos que se forman cuando, a partir de una sola partícula, se agregan más una por una. Usaron ondas de sonido para levitar partículas de plástico en el aire, cada una de aproximadamente un milímetro endiámetro, aproximadamente el grosor de un centavo, y estudió cómo estas partículas interactúan entre sí a medida que forman grupos, se rompen y luego se vuelven a montar en diferentes configuraciones.
descubrieron que cuando hay cinco partículas o menos, las partículas se agrupan densamente en una sola configuración. Sin embargo, cuando hay al menos seis partículas, hay varias formas diferentes en las que se pueden ensamblar cuando se juntan firmemente.
Al usar cámaras de alta velocidad para rastrear las partículas levitadas, los investigadores pudieron capturar estas diversas configuraciones. Descubrieron que grupos de seis partículas pueden formar tres formas compactas distintas: paralelogramo, galón y triángulo. Agregar una partícula más para hacersiete significaba que las partículas se agrupaban en una de cuatro formas, que los científicos denominaron una flor, una tortuga, un árbol o un bote.
"Seis partículas son el mínimo necesario para cambiar entre diferentes formas, que es donde las cosas se ponen interesantes", dijo el coprimer autor Anton Souslov, luego investigador postdoctoral de UChicago y ahora en la facultad de la Universidad de Bath ". Para nosotrosLos científicos, desafiando la gravedad para levitar el polvo, también tienen este interés más fundamental de desarrollar experimentos basados en la Tierra para comprender cómo los cuerpos en el espacio como los planetas comienzan a formarse. "Estas serían las etapas más tempranas, agregaron los científicos, cuando el futuro planeta es justoun grupo de polvo espacial de quizás un centímetro de diámetro, antes de que la gravedad comience a convertirse en un factor.
Un aspecto único de los experimentos es que el sonido no solo levita las partículas, sino que también puede usarse para afectar cómo interactúan mientras flotan.
"Una sorpresa fue que al cambiar la frecuencia de la onda de sonido, pudimos manipular los grupos e influir en la forma que surgió", dijo el estudiante graduado Melody Lim, el primer autor del artículo. Modelando la física detrás de tales fuerzas acústicas, que fuehecho por Souslov y el profesor de física Vincenzo Vitelli, brinda a los científicos un nuevo medio para controlar el proceso de ensamblaje.
Descubrieron que reorganizar las formas a menudo depende de que una partícula actúe como una "bisagra" y se balancee alrededor de las otras para reconfigurarse, lo que podría ser muy útil en una gama de aplicaciones potenciales.
El equipo de investigación ahora tiene la intención de ver cómo la levitación acústica puede reunir un mayor número de partículas para ensamblar estructuras más complejas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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