2021年5月21日
我们观察每天水蒸气冷凝成液态水滴,露珠在叶子或滴在锅的盖子。自荷兰物理学家的工作J.D.范德瓦尔斯在19世纪,冷凝已经理解源于流体分子之间的引力。
现在，一个国际研究小组发现了一种新的凝结机制:即使它们彼此不吸引，自我推进的粒子也可以通过转向密度大的区域而凝结，在那里它们会聚集。欧洲杯猜球平台这项研究发表在自然物理．
“这就像如果汽车驶向拥挤的区域，人群就会变得更大，”位于韩国蔚山的IBS软物质和生命物质中心主任史蒂夫·格拉尼克解释道。自行推进的粒子有内部引擎，使它们欧洲杯猜球平台能够自己移动。例子包括细菌，哺乳动物细胞，甚至人类。自推粒子系统是活性物质的一个例子——这是一个不断发展的欧洲杯猜球平台研究领域。
在过去的十年中，研究人员试图了解活性物质中的冷凝或气液相分离。早期的研究表明，与被动流体分子不同，自我推进的粒子即使彼此不吸引，也可以凝结。欧洲杯猜球平台
之前的研究表明运动粒子相互碰撞，欧洲杯猜球平台并在碰撞中卡住一段时间，让其他粒子加入进来，造成交通堵塞。普林斯顿理论科学中心博士后研究员、这项新研究的第一作者之一理查德·Alert说。欧洲杯线上买球
“在这些系统中，粒子分成两个阶段:稠密的粒子团，欧洲杯猜球平台它们几乎无法移动;稀薄的气体，它们移动得很快，”普林斯顿大学生命科学霍华德·a·前任教授Ned Wingreen解释道。欧洲杯线上买球
在新的工作中，研究小组研究了在实验室合成的自推进粒子。欧洲杯猜球平台“我们用显微镜下的玻璃球，在一个半球上涂上一层薄金属层，”美国加州大学圣巴巴拉分校博士后研究员、该研究的第一作者之一张杰解释道。
颗粒有玻璃欧洲杯猜球平台面和金属面;它们被称为Janus粒子，以纪念罗马的双面神。欧洲杯猜球平台
当研究人员施加电场时，这些粒子的玻璃面在前面，金属面在后面。欧洲杯猜球平台不出所料，这些粒子立即开始凝聚成簇。欧洲杯猜球平台然而，研究人员惊讶地发现，与密集的交通堵塞不同，星系团中的粒子持续快速移动。欧洲杯猜球平台
“星团非但没有拥挤，反而充满了不断进进出出的粒子，”欧洲杯猜球平台张说。“这一发现既令人兴奋又耐人寻味。”
这一观察结果意味着，在这种情况下，粒子团中的缓慢运动不能解释凝结现象，这促使研究小组开发了欧洲杯猜球平台一种理论，来解释活跃的双子星粒子的集体行为。研究小组发现，粒子不会像交通堵塞那样被困住，而是会向密集区域旋转。欧洲杯猜球平台粒子重新定欧洲杯猜球平台位，然后自我推进到人群中。
“这是一种新的凝结机制，它是基于粒子彼此重新定向的方式，欧洲杯猜球平台”警告说。“这一发现为该领域带来了一个新想法，表明不仅力，而且扭矩也可以产生冷凝和液-气相分离。”
新的机制使粒子即使在密集的星团中也能继续运动。欧洲杯猜球平台因此，研究人员希望他们的发现将指导未来的工作，从微观粒子到人类和机器人，自组装动态的活性剂组，迅速进入和退出群集。欧洲杯猜球平台
“这种快速的人员流动可能被证明是一种有效的策略，有助于群体中个体之间的信息有效交换。”格兰尼克说。
这项研究中,“通过转向密度更高的区域进行主动相分离，”作者:张杰，Ricard Alert, Jing Yan, Ned S. Wingreen和Steve Granick，于2021年5月20日在线发表在该杂志上自然物理．DOI: 10.1038 / s41567 - 021 - 01238 - 8
来源:https://www.princeton.edu/