Usando láseres, Los físicos ensamblaron varios nudos dentro de una solución de cristal líquido para formar el logotipo de CU Boulder. Crédito:Laboratorio Smalyukh
Los físicos de la Universidad de Colorado Boulder han hecho todo lo posible para ganar sus insignias de mérito de exploración para atar nudos.
En un estudio que aparecerá el 22 de septiembre en la revista Ciencias , un equipo de investigadores descubrió una nueva forma de atar nudos microscópicos dentro de una solución de cristales líquidos. Este tipo de material se encuentra en una amplia gama de productos electrónicos, desde televisores de alta definición hasta pantallas de teléfonos móviles.
Y aunque los pequeños nudos no te ayudarán a asegurar un bote de remos ni a montar una tienda de campaña, son una hazaña de control, dijo Jung-Shen (Benny) Tai, autor principal de la nueva investigación. Una vez atado, estos pretzels moleculares no se desatarán, y pueden unirse para formar grandes cristales tridimensionales.
"Al cambiar el voltaje que aplicamos al cristal líquido con nuestros nudos, podemos hacer que se expandan o encojan e incluso que formen el logotipo de CU Boulder cuando se manipulan con láseres, "dijo Tai, estudiante de posgrado en el Departamento de Física.
El coautor Ivan Smalyukh cree que los nudos de cristal líquido del equipo tendrán otros usos, también.
Físicos él explicó, durante mucho tiempo han estado interesados en cómo se pueden formar los nudos en una amplia gama de campos físicos, como los que emergen de los imanes. El problema es que estos fenómenos no son fáciles de observar o manipular con herramientas convencionales.
"Los científicos han propuesto nudos como estos en cosmología, física nuclear, partículas fisicas, En todas partes, "dijo Smalyukh, profesor de física. "Pero lo hermoso de los cristales líquidos es que puedes verlos y estudiarlos bajo un microscopio".
Una ilustración gráfica un conjunto de nudos de trébol en una solución de cristal líquido. Crédito:Laboratorio Smalyukh
Añadió que el estudio se basa en la obsesión de larga data de la humanidad por los nudos. Tales formas han jugado un papel central en la obra de arte celta, Nórdico, Culturas tibetana y china, para nombrar unos pocos.
"La humanidad ha estado fascinada por los nudos durante milenios, "Dijo Smalyukh.
Los científicos no son una excepción. En el siglo 19, por ejemplo, Los afamados físicos William Thomson y James Clerk Maxwell propusieron que los átomos mismos podrían estar formados por pequeños nudos de energía. Este modelo finalmente fue desacreditado, pero ayudó a inspirar un área actual de investigación llamada teoría matemática del nudo.
Y empujó a muchos científicos a buscar nudos en otros fenómenos físicos. Por su parte, Smalyukh y Tai se convirtieron en cristales líquidos.
Este tipo de materiales son útiles porque se comportan un poco como sólidos y un poco como líquidos.
En el nuevo estudio, los investigadores experimentaron con un tipo de molécula de cristal líquido que tiene forma de hélice, o un pequeño tornillo. Porque esos tornillos no encajan bien, tienden a torcerse, Dijo Smalyukh. Como resultado, si los mezcla en las condiciones adecuadas, Comenzarán a aparecer pequeñas torceduras en la solución. A través de un microscopio, esas torceduras se parecen un poco a granos de arena flotando en un vaso de agua.
Pero no son granos. Son nudos.
Los nudos se forman en una red cristalina bajo el microscopio. Crédito:Laboratorio Smalyukh
"Estamos viendo una gran cantidad de moléculas que saben cómo hacer nudos, "Dijo Smalyukh.
Dicho de otra manera, las moléculas dentro de las pequeñas torceduras apuntan en direcciones diferentes a las que las rodean. Y si mide sus orientaciones colectivas en diferentes lugares, trazan la línea de un nudo.
Tai agregó que el equipo ha visto aparecer varios tipos diferentes de nudos en sus soluciones de cristal líquido. El más básico es el nudo de trébol, que se cruza sobre sí mismo tres veces y fue un motivo popular en la obra de arte celta.
"También teníamos otros más complicados como los nudos cinquefoil, o nudos con cinco cruces, y hasta los de siete cruces, " él dijo.
Como los mejores nudos estas creaciones no se romperán a menos que los investigadores alteren el medio circundante, el equivalente a usar unas tijeras para cortarlas. Como resultado, el equipo pudo usar láseres para mover los nudos, empujándolos juntos para formar estructuras mucho más grandes.
"Con cristales líquidos, podemos visualizar y analizar fácilmente estos nudos y compararlos con nudos matemáticos reales, "Dijo Tai." Así que esto proporciona una plataforma muy agradable para probar la teoría de los nudos ".
Smalyukh estuvo de acuerdo y dijo que también es emocionante encontrar una nueva forma de jugar con los nudos.
"Sabemos que hay una hermosa historia de personas fascinadas por la posibilidad de nudos en los campos, ", dijo." Pero fue bastante inesperado verlos en esta encarnación justo frente a nuestros ojos ".
