Știință

Sticla lichidă – o nouă stare a materiei

Sticla lichidă stare a materiei
Sticla lichidă – o nouă stare a materiei

Sticla lichidă elucidează o veche problemă științifică a tranziției sticlei. O echipă interdisciplinară de la Universitatea Konstanz a descoperit această nouă stare a materiei, cu elemente structurale necunoscute anterior, potrivit HotNews.

Contrar așteptărilor, adevărata natură a sticlei rămâne ceva misterios, asupra căreia continuă cercetările privind proprietățile ei chimice și fizice. În chimie și în fizică, termenul „sticlă” este un concept variabil: poate fi substanța pe care o cunoaștem ca sticlă pentru geamuri, dar se poate referi și la o gamă de materiale cu proprietăți care pot fi descrise prin referire la comportamentul lor ca al sticlei – de exemplu metale, plastice, proteine și chiar celule biologice.

Când un material face tranziția de la faza lichidă la cea solidă, moleculele se aliniază tipic într-un model de cristal. La sticlă, aceasta nu se întâmplă. În loc, moleculele îngheață efectiv pe loc până să survină cristalizarea. Această stare ciudată și dezordonată este caracteristică sticlei în sisteme diferite și oamenii de știință încă încearcă să înțeleagă exact cum se formează această stare metastabilă.

Cercetările coordonate de profesorii Andreas Zumbuch (Departamentul de Chimie) și Matthias Fuchs (Departamentul de Fizică) de la Universitatea din Konstanz au adăugat un nou nivel de complexitate acestei enigme. Utilizând un model de sistem cu suspensii speciale de coloizi elipsoidali, cercetătorii au descoperit o nouă stare a materiei, sticla lichidă, în care particulele individuale sunt capabile să se miște, dar nu să se și rotească – comportament complex care n-a mai fost observat anterior. Rezultatele au fost publicate în revista „Proceedings of the National Academy of Sciences”.

Suspensiile coloidale sunt amestecuri de fluide care conțin particule solide cu mărimi de un micrometru sau mai mult, mai mari decât atomii sau moleculele și care pot fi cercetate în consecință cu miroscopia optică. Sunt folosite mult de savanții care studiază tranzițiile sticlei, deoarece au în comun multe din fenomenele care se petrec care apar la alte materiale care se formează asemănător sticlei.

Până acum, cele mai multe experimente cu suspensii coloidale au cuprins coloizi sferici. Însă majoritatea sistemelor naturale și tehnice sunt compuse din particule non-sferice. Utilizând chimia polimerică, echipa profesorului Zumbusch a fabricat mici particule din plastic pe care le-a prelucrat până la forme elipsoidale și le-a introdus într-un solvent adecvat. „Datorită formei lor distincte, particulele noastre au orientare – spre deosebire de particulele sferice – ceea ce dă naștere la comportamente complexe cu întregime noi și care n-au mai fost studiate anterior”, explică Andreas Zumbusch, care este profesor de chimie fizică și coautor principal al studiului.

Cercetătorii au schimbat apoi concentraațiile particulelor în suspensii și le-au urmărit mișcările de translație și rotație utilizând microsopia confocală. Zumbusch spune, „La anumite concentrații de particule, mișcarea de orientare încetează în timp ce persistă mișcarea de translație, rezultând stări sticloase în care particulele se grupează pentru a forma structuri locale cu orientare similară”. Aceste grupuri, care au fost denumite de cercetători „sticlă lichidă”, se blochează reciproc și previn formarea unui cristal lichid care ar fi starea materiei descrisă în mod obișnuit de termodinamică.

Ceea ce au observat de fapt cercetătorii au fost două tranziții concurente: o fază de transformare normală și una de non-echilibru, interacționând una cu alta. „Este incredibil de interesant din punct de vedere teoretic”, spune profesorul Matthias Fuchs, celălalt coautor principal al studiului. „Experimentele noastre oferă dovada pentru interacțiunea dintre fluctuațiile critice și consolidarea sticloasă pe care comunitatea științifică o căuta de multă vreme”. Predicția siclei lichide rămăsese de douăzeci de ani o conjectură teoretică. (Phys.org)

A fost realizată prima teleportare cuantică

Echipa Fermilab a Departamentului pentru Energie din SUA, împreună cu NASA și cu cercetătorii de la Universitatea Calgary, a reușit să teleporteze biți cuantici de fotoni de-a lungul a 44 de kilometri de fibră, anunță newsweek.ro.

Fizicianul Cristian Presură a explicat la Digi24 ce înseamnă această realizare și peste cât timp ar putea fi pusă în practică. „Urmărind imaginile cu traficul de pe Valea prahovei, îmi imaginam că trecerea de la internetul clasic la cel cuantic e ca acea construcție de care vorbea domnul primar, de la actuala situație la acea autostradă pe care cu toții o visăm pe Valea Prahovei și-n alte părți din România”, a comentat zâmbind fizicianul Cristian Presură.

Primul internet cuantic

„Este vorba, desigur, de un pas înainte, pentru că la ora actuală avem în lume calculatoare cuantice, care sunt capabile să facă lucruri uimitoare, iar aceste calculatoare cuantice ar trebui să vorbească între ele pe viitor și pentru asta avem nevoie de internet cuantic, ca să ducem datele cuantice dintr-o parte în cealaltă, în așa fel încât calculatoarele cuantice să lucreze toate la unison. Despre aceasta vorbim, despre internetul cuantic, și despre o rețea, care este în construcție în apropiere e Chicago, și care va fi primul internet cuantic de pe această planetă”, a explicat Cristian Presură.

„În primul și-n primul rând, este important să o construim, pentru că avem calculatoarele cuantice și acele calculatoare cuantice trebuie să lucreze împreună, pentru că ele devin astfel mult mai puternice”, a subliniat fizicianul.

„Asta am pățit și cu internetul clasic. La început, aveam niște cercetători la CERN, în Elveția, care fiecare lucrau pe calculatorul lor, CERN fiind un institut de cercetare, iar apoi ei s-au gândit că e mult mai bine să împărtășească datele cu ajutorul unui internet (clasic, la vremea aceea) și astfel, sistemul de calcul să devină mult mai puternic. Mai târziu, acest sistem de distribuire a datelor a devenit primul internet mondial”, a mai arătat fizicianul.

„Dacă avem mai multe calculatoare cuantice care împărtășesc datele, ele pot să construiască și să lucruri mult mai bune, să analizeze, de exemplu, situații de cercetare mult mai bune, să construiască medicamente mult mai bune, să cerceteze lucruri mai teoretice, să creeze materiale noi”, a exemplificat Ciprian Presură.

Teleportare – un termen din lumea SF

„Teleportare! Nu-i așa că sună foarte frumos? Dar nu trebuie să ne imaginăm că este o teleportare obișnuită”, a spus Ciprian Presură.

„O teleportare obișnuită ar fi, de exemplu, dacă eu aș teleporta acest caiețel, el ar dispărea de aici. Numai că, așa cum ne învață legile de conservare a materiei, materia nu poate dispărea dintr-un loc. Materia aceasta ar trebui să se transforme în energie și atunci, aici ar avea loc o explozie nucleară, o bombă atomică! Deci, dacă eu aș teleporta acest caiet, ar fi foarte periculos și aș ține în mână o bombă nucleară.

Teleportarea cuantică nu se referă la deplasarea obiectelor dintr-un loc în celălalt, ci la deplasarea informației cuantice. Informația cuantică e foarte specială. Am un plic și în plic o vedere. Este o informație clasică, pe care o pot transmite prin poștă. Informația cuantică, dacă ar fi pusă într-un plic și aș deschide plicul și m-aș uita la informația cuantică, atunci informația cuantică s-ar distruge. De aceea, informația cuantică trebuie trimisă de la un calculator la celălalt prin niște plicuri care sunt întotdeauna închise, în așa fel încât nimeni să nu se uite în interiorul plicului și să deschidă informația. Asta face foarte dificilă transmiterea informației cuantice dintr-un loc în celelalt”, a explicat Ciprian Presură.

Cum funcționează internetul cuantic

„Înseamnă o cercetare lungă, pas cu pas, pentru că informația clasică, care se transmite acum, se transmite prin intermediul laserilor și al fibrelor optice. Informația cuantică trebuie transmisă prin intermediul particulelor de lumină, nu al unor raze de lumină, iar această particulă de lumină se numește foton. Asta face posibil, pe de  o parte, să folosim infrastructura existentă, pentru că putem să folosim fibrele optice pe care le aveam înainte, numai că avem nevoie de aparatură: de data asta trebuie să trimitem foton cu foton și niciunul nu trebuie să se piardă și mai ales să nu poată fi citit. Informația din primul calculator cuantic trebuie codată în acești fotoni, după care acești fotoni sunt trimiși prin fibra optică unul câte unul, unul câte unul, informația ajunge al doilea sistem de detecție, este decodată și pusă în al doilea calculator cuantic”, a arătat Cristian Presură.

Subscribe US Now