Los físicos de la Universidad de Colorado Boulder han hecho todo lo posible para ganarse sus insignias de mérito de exploración para anudar
En un estudio que aparecerá el 22 de septiembre en la revista ciencia , un equipo de investigadores descubrió una nueva forma de atar nudos microscópicos dentro de una solución de cristales líquidos. Este tipo de material se encuentra en una amplia gama de productos electrónicos, desde televisores de alta definición hasta pantallas de teléfonos celulares.
Y aunque los pequeños nudos no lo ayudarán a asegurar un bote de remos o armar una carpa, son una hazaña de control, dijo Jung-Shen Benny Tai, autor principal de la nueva investigación. Una vez atados, estos pretzels molecularesno se desatará, y pueden unirse para formar grandes cristales tridimensionales.
"Al cambiar el voltaje que aplicamos al cristal líquido con nuestros nudos, podemos hacer que se expandan o encojan e incluso formar el logotipo de CU Boulder cuando se manipula con láser", dijo Tai, un estudiante graduado en el Departamento de Física.
El coautor Ivan Smalyukh cree que los nudos de cristal líquido del equipo también tendrán otros usos.
Los físicos, explicó, llevan mucho tiempo interesados en cómo se pueden formar nudos en una amplia gama de campos físicos, como los que emergen de los imanes. El problema es que estos fenómenos no son fáciles de observar o manipular utilizando herramientas convencionales.
"Los científicos han propuesto nudos como estos en cosmología, física nuclear, física de partículas, en todas partes", dijo Smalyukh, profesor de física. "Pero lo hermoso de los cristales líquidos es que puedes verlos y estudiarlos con un microscopio".
Agregó que el estudio se basa en la larga obsesión de la humanidad con los nudos. Tales formas han jugado un papel central en la obra de arte de las culturas celta, nórdica, tibetana y china, por nombrar algunas.
"La humanidad ha estado fascinada por los nudos durante milenios", dijo Smalyukh.
Los científicos no son la excepción. En el siglo XIX, por ejemplo, los famosos físicos William Thomson y James Clerk Maxwell propusieron que los átomos podrían estar formados por pequeños nudos de energía. Este modelo fue finalmente desacreditado, pero ayudó a inspirar una corrienteárea de investigación llamada teoría matemática del nudo.
Y empujó a muchos científicos a buscar nudos en otros fenómenos físicos. Por su parte, Smalyukh y Tai recurrieron a los cristales líquidos.
Este tipo de materiales son útiles porque se comportan un poco como sólidos y un poco como líquidos.
En el nuevo estudio, los investigadores experimentaron con un tipo de molécula de cristal líquido con forma de hélice o un tornillo pequeño. Debido a que esos tornillos no encajan bien, tienden a torcerse, dijo Smalyukh. Como resultado, si los mezcla en las condiciones adecuadas, comenzarán a aparecer pequeños pliegues en la solución. A través de un microscopio, esos pliegues se parecen un poco a los granos de arena que flotan en un vaso de agua.
Pero no son granos. Son nudos.
"Estamos viendo una gran cantidad de moléculas que saben cómo atar nudos", dijo Smalyukh.
Dicho de otra manera, las moléculas dentro de los pequeños pliegues apuntan en direcciones diferentes a las que las rodean. Y si mides sus orientaciones colectivas en diferentes lugares, trazan la línea de un nudo.
Tai agregó que el equipo ha visto aparecer varios tipos diferentes de nudos en sus soluciones de cristal líquido. El más básico es el nudo trébol, que se cruza tres veces y era un motivo popular en las obras de arte celtas.
"También tuvimos nudos más complicados como nudos cinquefoil, o nudos con cinco cruces, e incluso los que tienen siete cruces", dijo.
Al igual que los mejores nudos, estas creaciones no se romperán a menos que los investigadores perturben el medio circundante, el equivalente a usar unas tijeras para cortarlas. Como resultado, el equipo pudo usar láseres para mover los nudos, empujandojuntos para formar estructuras mucho más grandes.
"Con los cristales líquidos, podemos fácilmente visualizar y analizar estos nudos y compararlos con los nudos matemáticos reales", dijo Tai. "Así que esto proporciona una plataforma muy buena para probar la teoría de los nudos".
Smalyukh estuvo de acuerdo y dijo que también es emocionante encontrar una nueva forma de jugar con los nudos.
"Sabemos que hay una hermosa historia de personas fascinadas por la posibilidad de nudos en los campos", dijo. "Pero fue bastante inesperado verlos en esta encarnación frente a nuestros ojos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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