بقلم: ديفيد ايرنشتاين، كبير المحررين لمجلة Physics

 وفقًا للمحاكاة، في ظل الظروف المناسبة، تنتقل الجسيمات الذاتية الدفع بشكل جماعي من حالة التعايش بين الغازات السائلة إلى حالة حيث يمكن للجسيمات أن تتبلور.

يمكن لمجموعات من الجسيمات الصغيرة تقليد الذرات من خلال تشكيل معادلات المواد الصلبة والمواد السائلة والغازات، بإتباع لقواعد الديناميكا الحرارية. ومع ذلك، فإن هذه القواعد لا تنطبق على العديد من النظم في العالم الطبيعي لأنها ليست في توازن. تحظى الأنظمة، مثل البكتيريا المتحركة التي تستهلك الطاقة، بأهمية خاصة، لتشغيل حركة الجسيمات الفردية ، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى سلوك التنظيم الذاتي. والآن استخدم فيليب جيسلر، من جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وزملاؤه، المحاكاة الحاسوبية لرسم خرائط المرحلة الكاملة لربما أبسط نموذج للجسيمات ذاتية الدفع ووجدوا مفاجأة: حالة معروفة من هذه الجسيمات ــ حيث تتعايش مناطق السائل والغاز ــ ليست مستقرة تماما ولكنها تتبلور في نهاية المطاف لتصبح صلبة إذا ناسبت الظروف.

وقد درس الفريق الجسيمات البراونية النشطة (ABPs)، وهي مجالات يكون دفعها ثابتا ولكن اتجاهها يختلف باستمرار وعشوائية. لقد نظروا الى سلوك الجسيمات عندما اختلاف معاملين: قوة الدفع وكثافة الجسيمات. وشمل الرسم البياني الثنائي الابعاد للمرحلة منطقة واسعة من التعايش بين الغازات السائلة والمعروفة من العمل السابق بفصل الطور الناجم عن الحركة (MIPS) في أنظمة التوازن، يمكن لمرحلة التعايش بين الغاز السائل (أي ما يعادل حالة MIPS) أن تتبلور إذا تغيرت الظروف، ولكن لم يكن من الواضح ما إذا كانت هناك مرحلة صلبة بالقرب من حالة MIPS في الرسم البياني للمرحلة بالنسبة لأنظمة عدم التوازن. وقد وجد جيسلر وزملاؤه أن جميع منطقة MIPS تقريبا من مخطط المرحلة كانت قابلة للتغير – غير مستقرة لفترة طويلة – وأن في الواقع الجسيمات في هذه الحالة تتحول في نهاية المطاف إلى التعايش بين الصلبة والسائلة أو الصلبة والغازية. وفقًا لعضو فريق بيركلي أحمد عمر:”بما أن تفضيل التعايش بين الغازات الصلبة معروف بالفعل بالنسبة لمعظم أنظمة التوازن، فإن الملاحظات الجديدة تشير إلى أن سلوك كلا النوعين من الجزيئات قد يفسر في نهاية المطاف بنوع من النظرية الموحدة”.

المصدر: https://physics.aps.org

ترجمة: شهد الحربي

مراجعة: ثريا البرقان