Um cardume de peixes, um enxame de insetos e bandos de pássaros. Uma nova pesquisa mostra que em seu nível mais básico, esse comportamento de grupo forma um novo tipo de matéria ativa chamada estado de vórtice.
A segunda lei do movimento de Newton, que afirma que conforme a força aplicada a um objeto aumenta, sua aceleração aumenta, e conforme a massa do objeto aumenta, sua aceleração diminui - aplica-se à matéria inanimada passiva, dos átomos aos planetas.
“Mas a maior parte da matéria no mundo é matéria ativa e se move sob a influência de sua própria força autodirigida”, diz Nikolai Brilliantov, matemático do Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia na Rússia e da Universidade de Leicester na Inglaterra . “Coisas vivas tão diversas quanto bactérias, pássaros e humanos podem interagir com as forças que agem sobre eles.
Existem também exemplos de matéria ativa inanimada. As nanopartículas, conhecidas como "partículas de Janus", são compostas por dois lados com propriedades químicas diferentes. A interação entre os dois lados cria movimento autopropulsionado .
Para investigar a matéria ativa, Brillianty e seus colegas usaram um computador para simular partículas que podiam se mover por conta própria. Essas partículas não interagiram deliberadamente com o meio ambiente, disse Diamonds ao Live Science. Em vez disso, eram mais como simples bactérias ou nanopartículas com fontes de energia internas, mas sem capacidade de processamento de informações.
A primeira surpresa foi que essa matéria ativa se comporta de maneira muito diferente da passiva. De acordo com Brilliantov, diferentes estados de matéria passiva podem coexistir. Por exemplo, um copo de água líquida pode evaporar gradualmente até o estado gasoso, mas a água líquida permanece. A matéria ativa, por outro lado, não coexistiu em diferentes fases; tudo era sólido, ou líquido ou gasoso.
As partículas também se agruparam em grandes conglomerados ou quasipartículas, que formaram um padrão circular em torno do centro vazio, uma espécie de redemoinho rodopiante de sardinhas. Os pesquisadores chamaram esses conglomerados de partículas de "vórtice" e o novo estado da matéria que formaram de "estado de vórtice".
Nesse estado de vórtice, as partículas exibiram um comportamento estranho. Por exemplo, eles violaram a segunda lei de Newton: quando uma força foi aplicada a eles, eles não aceleraram.
“[Eles] simplesmente se movem a uma velocidade constante, o que é absolutamente incrível”, disse Brillianty.
Segundo ele, a simulação foi básica, e o trabalho experimental com uma substância ativa real é o próximo passo importante. Brillianty e seus colegas também planejam realizar simulações mais sofisticadas usando partículas de substâncias ativas que podem processar informações. Eles se parecerão mais com insetos e animais e ajudarão a descobrir as leis físicas que governam o movimento dos cardumes de peixes ou o enxame de insetos. De acordo com Brilliantov, em última análise, o objetivo é criar materiais de automontagem a partir da substância ativa, o que torna importante compreender as fases deste tipo de matéria.
“É muito importante que vejamos a natureza da substância ativa”, que é muito mais rica do que a natureza da substância passiva, - resumiu.
Detalhes do estudo foram publicados em Scientific Reports.