Observamos que el vapor de agua se condensa en gotas de líquido a diario, ya sea como gotas de rocío en las hojas o como gotas en la tapa de una olla. Desde el trabajo del físico holandés J.D. van der Waals en el siglo XIX, Se ha entendido que la condensación es el resultado de fuerzas de atracción entre las moléculas de un fluido.

Ahora, un equipo internacional de investigadores ha descubierto un nuevo mecanismo de condensación:incluso si no se atraen entre sí, Las partículas autopropulsadas pueden condensarse girando hacia regiones densas, donde se acumulan. El estudio fue publicado en Física de la naturaleza .

"Es como si los autos se dirigieran hacia áreas concurridas y aumentaran aún más la multitud, "explicó Steve Granick, director del IBS Center for Soft and Living Matter en Ulsan, Corea del Sur. Las partículas autopropulsadas tienen motores internos que les permiten moverse por sí mismas. Los ejemplos incluyen bacterias, células mamíferas, e incluso humanos. Los sistemas de partículas autopropulsadas son un ejemplo de materia activa, un campo de investigación en crecimiento.

En la última decada, los investigadores han tratado de comprender la condensación, o separación de fase líquido-gas, en materia activa. Los primeros trabajos revelaron que, a diferencia de las moléculas de fluidos pasivos, Las partículas autopropulsadas pueden condensarse incluso si no se atraen entre sí.

El trabajo anterior mostró que "las partículas móviles chocan entre sí y quedan atrapadas en la colisión por un tiempo, permitir que otras partículas se unan y creen un atasco de tráfico, "dijo Ricard Alert, investigador postdoctoral en el Centro de Ciencias Teóricas de Princeton y uno de los primeros coautores del nuevo estudio.

"En estos sistemas, las partículas se separan en dos fases:grupos densos donde apenas pueden moverse, y un gas diluido donde se mueven rápido, "explicó Ned Wingreen, Howard A. Prior, profesor de Ciencias de la Vida de la Universidad de Princeton.

En el nuevo trabajo el equipo de investigación estudió partículas autopropulsadas sintetizadas en el laboratorio. "Tomamos esferas de vidrio microscópicas y cubrimos un hemisferio con una fina capa metálica, "explicó Jie Zhang, becario de investigación postdoctoral en la Universidad de California en Santa Bárbara, NOSOTROS., y co-primer autor del estudio.

Las partículas tienen una cara de vidrio y una cara metálica; se las conoce como partículas de Jano en honor al dios romano de dos caras.

Cuando los investigadores aplicaron un campo eléctrico, las partículas comenzaron a correr con su cara de vidrio al frente y su cara metálica en la parte de atrás. Como se esperaba, las partículas inmediatamente comenzaron a condensarse en racimos. Sin embargo, los investigadores se sorprendieron al ver que, a diferencia de los atascos de tráfico densos, las partículas de los cúmulos seguían moviéndose rápidamente.

"En lugar de estar atascado, los cúmulos estaban llenos de partículas que entraban y salían continuamente, ", Dijo Zhang." Este hallazgo fue emocionante e intrigante ".

La observación significó que el movimiento más lento de las partículas en grupos no podría explicar la condensación en este caso, lo que llevó al equipo a desarrollar una teoría para el comportamiento colectivo de las partículas activas de Janus. El equipo descubrió que, en lugar de quedarse atascado como en un atasco, las partículas giran hacia áreas densas. Las partículas se reorientan y luego se autopropulsan hacia la multitud.

"Este es un nuevo mecanismo de condensación que se basa en cómo las partículas se reorientan entre sí, ", dijo Alert." Este hallazgo trae una nueva idea al campo, mostrando que no sólo las fuerzas sino también los pares pueden producir condensación y separación de fases líquido-gas ".

El nuevo mecanismo permite que las partículas sigan moviéndose incluso en grupos densos. Por lo tanto, los investigadores tienen la esperanza de que sus hallazgos guíen el trabajo futuro para autoensamblar grupos dinámicos de agentes activos. desde partículas microscópicas hasta humanos y robots, que entran y salen rápidamente de un grupo.

"Una rotación tan rápida podría resultar útil como estrategia para un intercambio eficiente de información entre las personas de un grupo, "Dijo Granick.