Desde una humilde bolsa de plástico hasta alas de avión ultraligeras, los polímeros están por todas partes. Estas moléculas son largas cadenas de átomos que desempeñan muchas funciones para bien y para mal. desde la energía fotovoltaica orgánica hasta la contaminación plástica indestructible. Los polímeros son útiles en forma líquida, también:la diferencia entre el puré de tomate y la salsa de tomate es simplemente el 0,5 por ciento de la goma xantana, que es un polímero hecho de azúcar. La salsa de tomate es espesa pero no pegajosa, gracias a las cadenas de xantano que son tan largas que se interpenetran y forman una red entrelazada que resiste el flujo. El mismo principio también sustenta aplicaciones de alta tecnología como la impresión por chorro de tinta.

Es posible disminuir la cantidad de aditivos espesantes sin comprometer su efecto sobre el flujo, lo que ahorraría costes y minimizaría el impacto medioambiental. Conectar los extremos de tres cadenas lineales a un solo punto da como resultado una configuración llamada polímero estrella. Debido a esta arquitectura ramificada, Las redes de polímeros estelares están dramáticamente más entrelazadas que sus primos lineales de la misma masa. Para explicar cómo funciona este enredo, considere el concepto de una caminata aleatoria. Imagina que estás en una caminata y juegas un juego:lanza una moneda cuatro veces y da un paso a la izquierda por cada cara, y un paso a la derecha para cada cola. La mayoría de las veces terminará a dos pasos del punto de partida. De hecho, si multiplicamos la distancia final por sí misma, 2x2 =4, es igual al número de pasos aleatorios. Esta es la ley de la difusión, y gobierna el movimiento de moléculas pequeñas como el agua.

Para polímeros, tenemos que tomar el camino aleatorio hacia dimensiones más altas. Imagina que estás de nuevo en una caminata Pero esta vez, traes cien amigos, y por seguridad, todos se unen con una cuerda. Cada miembro comienza a jugar el juego de caminar al azar, pero la cuerda tiene algo de holgura, por lo que le tomará un tiempo sentir el tirón de todo el equipo. Este tipo de movimiento es un paseo aleatorio, incrustado en otro, caminata aleatoria más lenta. Aquí, 4x4 =Se requieren 16 pasos aleatorios para mover una distancia de dos pasos. Próximo, imagine cientos de equipos de cuerdas, todos mezclados tan densamente que solo tienen espacio para moverse hacia arriba o hacia abajo en la línea de su propio equipo. El efecto de la multitud nos lleva a 16x16 =256 pasos. ¿Puedes adivinar cuántos pasos se necesitarían agregando una rama adicional en el medio de cada equipo de cuerda? Sugerencia:no es 256x256 =65536. Se necesitan la asombrosa cantidad de 65536x65536 =4,3 mil millones de intentos aleatorios para alejarse solo dos pasos.

Este resultado se ha demostrado en un estudio reciente "5-D Entanglement in Star Polymer Dynamics, "por Airidas Korolkovas publicado en Teoría y simulaciones avanzadas , una nueva revista que se centra en los avances en la ciencia del modelado. Se inventó un algoritmo informático único para capturar los miles de millones de pasos necesarios para los polímeros entrelazados. Se ejecuta en una GPU de alta velocidad y aprovecha el mapeo de texturas. Originalmente, esta función fue diseñada para videojuegos, pero aquí, se ha reutilizado para calcular las fuerzas moleculares dentro de una pequeña gota de polímero. Usando un modelo de física optimizado, esta simulación se ejecuta cientos de veces más rápido que el código tradicional. Abre nuevos horizontes en las escalas de tiempo que se pueden abordar en la informática científica. Esto puede ampliar aún más las fronteras de la última generación de supercomputadoras, como la cumbre recientemente inaugurada en Oak Ridge National Lab, ESTADOS UNIDOS, que tiene casi 30, 000 GPU.

El efecto del entrelazamiento dimensional superior se puede observar en la vida real utilizando un instrumento llamado eco de espín de neutrones. Esta máquina dispara diminutas partículas subatómicas, llamados neutrones, y escucha el eco de su giro nuclear mientras se dispersan, o rebotar en la muestra de polímero. Un buen ejemplo es la línea de luz IN15 en el Institut Laue-Langevin, Francia, donde se descubrió por primera vez el entrelazamiento de polímeros lineales. Gracias a las actualizaciones constantes y a las próximas nuevas instalaciones como la Fuente europea de espalación en Suecia, una prueba experimental de la predicción de simulación para polímeros estelares pronto estará al alcance. Una combinación de computación de alto rendimiento y dispersión de neutrones es una poderosa herramienta de descubrimiento de nuevos materiales que mejoran nuestra calidad de vida y respetan el medio ambiente.