Físicos da Emory University mostraram como um sistema de partículas sem vida pode se tornar "semelhante à vida" ao alternar coletivamente entre os estados cristalino e fluido - mesmo quando o ambiente permanece estável.

Cartas de revisão física publicou recentemente as descobertas, a primeira realização experimental de tal dinâmica.

"Descobrimos talvez o sistema físico mais simples que pode manter consistentemente mudando o comportamento ao longo do tempo em um ambiente fixo, "diz Justin Burton, Emory professor assistente de física. "Na verdade, o sistema é tão simples que nunca esperamos ver uma propriedade tão complexa emergir dele. "

Muitos sistemas vivos - de vaga-lumes a neurônios - mudam de comportamento coletivamente, disparando e desligando. O jornal atual, Contudo, envolveu um sistema não vivo:partículas de plástico, minúsculo como partículas de poeira, que não têm interruptores "on" ou "off".

"As partículas individuais não podem mudar entre os estados cristalino e fluido, "Burton diz." A troca surge quando há coleções dessas partículas - na verdade, apenas 40. Nossas descobertas sugerem que a capacidade de um sistema de mudar de comportamento em qualquer escala de tempo é mais universal do que se pensava anteriormente. "

O laboratório Burton estuda o minúsculo, partículas de plástico como modelo para sistemas mais complexos. Eles podem imitar as propriedades de fenômenos reais, como o derretimento de um sólido, e revelar como um sistema muda quando é movido por forças.

As partículas são suspensas em uma câmara de vácuo preenchida com gás argônio ionizado por plasma. Ao alterar a pressão do gás dentro da câmara, os membros do laboratório podem estudar como as partículas se comportam à medida que se movem entre uma estado de fluxo livre em um congestionado, posição estável.

A descoberta atual ocorreu depois que o estudante de graduação em Emory Guram "Guga" Gogia bateu em um shaker e lentamente "salgou" as partículas na câmara de vácuo preenchida com o plasma, criando uma única camada de partículas levitando acima de um eletrodo carregado. "Eu estava curioso para saber como as partículas se comportariam ao longo do tempo se eu definir os parâmetros da câmara a uma pressão de gás baixa, permitindo que eles se movam livremente, "Gogia diz." Depois de alguns minutos, pude ver a olho nu que eles estavam agindo de forma estranha. "

De dezenas de segundos a minutos, as partículas iriam parar de se mover em sincronia, ou uma estrutura rígida, a estar em um estado semelhante a um gás derretido. Foi surpreendente porque as partículas não estavam apenas derretendo e recristalizando, mas indo e voltando entre os dois estados.

"Imagine se você deixasse uma bandeja de gelo em seu balcão em temperatura ambiente, "Gogia diz." Você não ficaria surpreso se derretesse. Mas se você mantiver o gelo no balcão, você ficaria chocado se ele continuasse se transformando em gelo e derretendo novamente. "

Gogia conduziu experimentos para confirmar e quantificar o fenômeno. Os resultados podem servir como um modelo simples para o estudo de propriedades emergentes em sistemas sem equilíbrio.

"A troca é uma parte onipresente de nosso mundo físico, "Burton diz." Nada permanece em um estado estacionário por muito tempo - desde o clima da Terra até os neurônios em um cérebro humano. Compreender como os sistemas mudam é uma questão fundamental na física. Nosso modelo elimina a complexidade desse comportamento, fornecendo os ingredientes mínimos necessários. Isso fornece uma base, um ponto de partida, para ajudar a entender sistemas mais complexos. "