Nós, humanos, podemos estar mais alinhados com o universo do que imaginamos. De acordo com pesquisa publicada na revista Revisão Física C , estrelas de nêutrons e citoplasma celular têm algo em comum:estruturas que lembram garagens de estacionamento de vários andares.

Em 2014, O físico de matéria condensada suave da UC Santa Barbara, Greg Huber, e seus colegas exploraram a biofísica de tais formas - hélices que conectam pilhas de folhas uniformemente espaçadas - em uma organela celular chamada retículo endoplasmático (RE). Huber e seus colegas as apelidaram de rampas Terasaki em homenagem ao seu descobridor, Mark Terasaki, um biólogo celular da Universidade de Connecticut.

Huber achava que essas "garagens de estacionamento" eram exclusivas para a matéria mole (como o interior das células) até que encontrou o trabalho do físico nuclear Charles Horowitz na Universidade de Indiana. Usando simulações de computador, Horowitz e sua equipe haviam encontrado as mesmas formas nas profundezas da crosta das estrelas de nêutrons.

"Liguei para Chuck e perguntei se ele sabia que tínhamos visto essas estruturas nas células e sugerido um modelo para elas, "disse Huber, o vice-diretor do Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) da UCSB. "Era novidade para ele, então percebi que poderia haver alguma interação frutífera. "

A colaboração resultante, destacado em Revisão Física C , explorou a relação entre dois modelos de matéria muito diferentes.

Os físicos nucleares têm uma terminologia adequada para toda a classe de formas que vêem em suas simulações de computador de alto desempenho de estrelas de nêutrons:massa nuclear. Isso inclui tubos (espaguete) e folhas paralelas (lasanha) conectadas por formas helicoidais que lembram rampas Terasaki.

"Eles veem uma variedade de formas que vemos na célula, "Huber explicou." Vemos uma rede tubular; vemos folhas paralelas. Vemos folhas conectadas umas às outras por defeitos topológicos que chamamos de rampas Terasaki. Portanto, os paralelos são muito profundos. "

Contudo, diferenças podem ser encontradas na física subjacente. Normalmente, a matéria é caracterizada por sua fase, que depende de variáveis ​​termodinâmicas:densidade (ou volume), temperatura e pressão - fatores que diferem muito no nível nuclear e em um contexto intracelular.

"Para estrelas de nêutrons, a força nuclear forte e a força eletromagnética criam o que é fundamentalmente um problema de mecânica quântica, "Huber explicou." No interior das células, as forças que mantêm unidas as membranas são fundamentalmente entrópicas e têm a ver com a minimização da energia livre geral do sistema. À primeira vista, estes não poderiam ser mais diferentes. "

Outra diferença é a escala. No caso nuclear, as estruturas são baseadas em núcleons, como prótons e nêutrons, e esses blocos de construção são medidos por meio de femtômetros (10-15). Para membranas intracelulares como o ER, a escala de comprimento é nanômetros (10-9). A proporção entre os dois é um fator de um milhão (10-6), no entanto, esses dois regimes amplamente diferentes têm as mesmas formas.

"Isso significa que há algo profundo que não entendemos sobre como modelar o sistema nuclear, "Huber disse." Quando você tem uma coleção densa de prótons e nêutrons como você tem na superfície de uma estrela de nêutrons, a forte força nuclear e as forças eletromagnéticas conspiram para dar-lhe fases da matéria que você não seria capaz de prever se tivesse apenas olhado para essas forças operando em pequenas coleções de nêutrons e prótons. "

A semelhança das estruturas é fascinante tanto para os físicos teóricos quanto para os nucleares. O físico nuclear Martin Savage estava no KITP quando se deparou com os gráficos do novo artigo no arXiv, uma biblioteca de pré-impressão que posta milhares de física, artigos de matemática e ciência da computação. Imediatamente seu interesse foi despertado.

"Que fases semelhantes da matéria surjam em sistemas biológicos foi muito surpreendente para mim, "disse Savage, professor da Universidade de Washington. "Há algo claramente interessante aqui."

O co-autor Horowitz concorda. "Ver formas muito semelhantes em sistemas tão diferentes sugere que a energia de um sistema pode depender de sua forma de uma forma simples e universal, " ele disse.

Huber observou que essas semelhanças ainda são um tanto misteriosas. “Nosso jornal não é o fim de algo, "disse ele." É realmente o começo de olhar para esses dois modelos. "