Observamos o vapor de água condensando-se em gotículas líquidas diariamente, seja como gotas de orvalho nas folhas ou como gotas na tampa de uma panela. Desde o trabalho do físico holandês J.D. van der Waals no século 19, condensação foi entendida como resultado de forças de atração entre as moléculas de um fluido.

Agora, uma equipe internacional de pesquisadores descobriu um novo mecanismo de condensação:mesmo que não se atraiam, partículas autopropelidas podem condensar virando-se para regiões densas, onde eles se acumulam. O estudo foi publicado em Física da Natureza .

"É como se os carros dirigissem em direção a áreas lotadas e tornassem a multidão ainda maior, "explicou Steve Granick, diretor do IBS Center for Soft and Living Matter em Ulsan, Coreia do Sul. As partículas autopropelidas têm motores internos que permitem que se movam por conta própria. Os exemplos incluem bactérias, células de mamífero, e até mesmo humanos. Os sistemas de partículas autopropelidas são um exemplo de matéria ativa - um campo crescente de pesquisa.

Na década passada, pesquisadores têm procurado entender a condensação, ou separação de fase líquido-gás, na matéria ativa. Os primeiros trabalhos revelaram que, ao contrário das moléculas de fluido passivo, as partículas autopropelidas podem se condensar mesmo que não se atraiam.

Trabalhos anteriores mostraram que "partículas móveis colidem umas com as outras e ficam presas na colisão por um tempo, permitindo que outras partículas se juntem e criem um engarrafamento, "disse Ricard Alert, um pesquisador de pós-doutorado no Centro de Ciências Teóricas de Princeton e um dos co-autores do novo estudo.

"Nestes sistemas, as partículas se separam em duas fases:aglomerados densos onde mal podem se mover, e um gás diluído onde se movem rapidamente, "explicou Ned Wingreen, Howard A. Professor de Ciências da Vida da Universidade de Princeton.

No novo trabalho, a equipe de pesquisa estudou partículas autopropelidas sintetizadas em laboratório. "Pegamos esferas de vidro microscópicas e revestimos um hemisfério com uma fina camada metálica, "explicou Jie Zhang, um pesquisador de pós-doutorado na Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, NÓS., e co-primeiro autor do estudo.

As partículas possuem uma face de vidro e uma face metálica; eles são conhecidos como partículas de Janus em homenagem ao deus romano de duas faces.

Quando os pesquisadores aplicaram um campo elétrico, as partículas começaram a correr com sua face de vidro na frente e sua face metálica atrás. Como esperado, as partículas imediatamente começaram a se condensar em aglomerados. Contudo, os pesquisadores ficaram surpresos ao ver que, ao contrário de engarrafamentos densos, as partículas nos aglomerados continuaram se movendo rapidamente.

"Em vez de congestionado, os aglomerados estavam repletos de partículas que se moviam continuamente para dentro e para fora, "Zhang disse." Esta descoberta foi emocionante e intrigante. "

A observação significa que o movimento mais lento das partículas em aglomerados não poderia explicar a condensação neste caso, o que levou a equipe a desenvolver uma teoria para o comportamento coletivo das partículas ativas de Janus. A equipe descobriu que, em vez de ficar preso como em um engarrafamento, as partículas giram em direção a áreas densas. As partículas se reorientam e se autopropelem em direção à multidão.

"Este é um novo mecanismo de condensação que se baseia em como as partículas se reorientam, "disse Alerta." Esta descoberta traz uma nova ideia para o campo, mostrando que não apenas as forças, mas também os torques podem produzir condensação e separação da fase líquido-gás. "

O novo mecanismo permite que as partículas continuem se movendo mesmo em aglomerados densos. Os pesquisadores estão, portanto, esperançosos de que suas descobertas guiarão trabalhos futuros para a automontagem de grupos dinâmicos de agentes ativos, de partículas microscópicas a humanos e robôs, que rapidamente entram e saem de um cluster.

"Uma rotatividade tão rápida pode ser útil como uma estratégia para uma troca eficiente de informações entre os indivíduos de um grupo, "Granick disse.