Hace alrededor de una década, el descubrimiento de la Difusión Fickiana pero no Gaussiana (FnGD) en materiales blandos y biológicos rompió la célebre imagen de Einstein del movimiento browniano. Hasta la fecha, Un fenómeno tan intrigante aún no se ha explicado debido a los grandes desafíos experimentales que plantea la naturaleza compleja y heterogénea de los materiales subyacentes. Para superar estas dificultades, Investigadores de la Universidad de Nápoles Federico II (Italia) ahora han aprovechado la luz en lugar de materia compleja para crear un entorno heterogéneo para las partículas que se difunden en el agua. La obra, ahora publicado en Cartas de revisión física , nace de una colaboración entre el grupo de Mecánica Estadística de Materiales Blandos del Departamento de Química, Ingeniería de Materiales y Producción y el laboratorio de Espectroscopia Láser y Manipulación Óptica del Dpto. De Física.

En este experimento, un rayo láser pasa a través de un "modulador espacial de luz" de cristal líquido dando lugar a un patrón de luz heterogéneo. Luego, el patrón de luz se proyecta sobre un sistema de perlas de vidrio del tamaño de una micra en agua, actuando sobre las partículas como un campo de fuerza (fuerzas ópticas). El "Spatial Light Modulator" permite variar las propiedades del patrón con alta precisión y control digital. Debido a la interacción entre las fuerzas ópticas y las colisiones térmicas con las moléculas de agua, las cuentas exploran el patrón de luz como si se movieran sobre una superficie rugosa. Como una cuestión de hecho, la luz es capaz de imitar la estructura heterogénea de materiales blandos pero con mucho mayor control y reproducibilidad en comparación con materiales "reales". El equipo de investigación muestra que esta configuración experimental es capaz de reproducir con precisión la fenomenología de FnGD en un rango sin precedentes de escalas de tiempo y probabilidad de desplazamiento. también revelando características novedosas de este fenómeno.

Un efecto de memoria de una subdifusión anterior.

La danza inquieta de las partículas microscópicas debido a las colisiones térmicas con las moléculas del medio ambiente ha fascinado a los investigadores desde el descubrimiento del movimiento browniano. siendo responsable de la difusión, la forma más importante y extendida de proceso de transporte. Según el trabajo de Einstein sobre el movimiento browniano estándar, los pasos de este baile forman un andar al azar, lo que implica que el desplazamiento cuadrático medio de la partícula (MSD) aumenta linealmente en el tiempo (Fickian) y la distribución del desplazamiento es gaussiana, como lo confirman una amplia variedad de experimentos. En cambio, paseos correlacionados (por ejemplo, compuesto por pasos hacia atrás y hacia adelante) dan lugar a una difusión anómala, encontrado para ser no Fickiano y no Gaussiano. Por lo tanto, Se pensaba que el comportamiento fickiano y gaussiano estaban íntimamente relacionados.

En 2009 en el Granick's Lab (Universidad de Urbana, Illinois), Experimentos innovadores con perlas nanométricas en fluidos biológicos complejos rompieron un escenario tan bien establecido, revelando la existencia de un nuevo tipo de difusión que es distinto tanto del movimiento browniano estándar como de la difusión anómala, siendo simultáneamente fickiano pero no gaussiano. Desde entonces, tal difusión fickiana pero no gaussiana se ha encontrado en una amplia variedad de entornos heterogéneos, principalmente sistemas de materia blanda.

La estrategia experimental ahora elaborada en la Universidad de Nápoles revela que la FnGD está precedida por una difusión anómala anterior (subdifusión), y que los dos regímenes están estrechamente relacionados. Esto lleva a interpretar la FnGD como un efecto de memoria:la memoria de difusión anómala sobrevive más en la distribución de desplazamiento que en la MSD, conduciendo a la coexistencia temporal de comportamientos fickianos y no gaussianos. Raffaele Pastore y sus colegas consideran que el sistema modelo introducido abre el camino a experimentos extensos y finamente ajustables sobre FnGD. Es de esperar que la posibilidad de visualizar fácilmente una gran cantidad de trayectorias largas revelará las características de la danza browniana que subyacen a la coexistencia contraintuitiva de dinámicas fickianas pero no gaussianas.