Группа исследователей из Массачусетского университета в Амхерсте обнаружила необычное физическое явление, которое бросает вызов традиционным представлениям, вытекающим из законов термодинамики. Открытие, сделанное под руководством аспиранта-физика Энтони Райха, описано в статье, в журнале Nature Physics, и связано с жидкостью, способной «восстанавливать свою форму» — после встряхивания она неожиданно принимает определённую геометрическую конфигурацию.
Речь идёт о смеси воды, масла и намагниченных частиц никеля. Как и в случае с итальянской заправкой для салата, эти компоненты обычно требуют эмульгирования — процесса, управляемого термодинамикой, — чтобы смешаться. Однако в данном случае поведение оказалось необычным: после встряхивания смесь не только разделялась, как ожидалось, но и принимала повторяющуюся и удивительно устойчивую форму, напоминающую изгибы греческой вазы. И что самое поразительное — эта форма воспроизводилась снова и снова, независимо от силы встряхивания.
Такое поведение привлекло внимание команды учёных из Департамента полимерных наук и инженерии UMass Amherst, включая профессоров Томаса Рассела и Дэвида Хоугланда, специалистов по мягким материалам. Вместе с коллегами из Университета Тафтса и Сиракузского университета они провели компьютерное моделирование и серию экспериментов, чтобы понять природу явления.
Объяснение кроется в силе магнетизма. В обычных условиях частицы, добавленные в смесь масла и воды, снижают межфазное натяжение, способствуя эмульгированию. Однако в данном случае частицы никеля были намагничены настолько сильно, что произошло обратное: они увеличили натяжение на границе раздела фаз. Это повышение межфазного натяжения не только помешало жидкостям смешаться, но и вызвало структурную реорганизацию, заставив смесь принять гладкую и симметричную форму.
На микроскопическом уровне магнитные наночастицы действовали как своего рода динамический каркас, перестраиваясь с высокой точностью, чтобы снова и снова воссоздавать эту уникальную фигуру. Такое магнито-гидродинамическое взаимодействие нарушает обычные механизмы эмульгирования, описанные термодинамикой, что указывает на возможность в определённых условиях «обойти» её принципы, не нарушая их полностью.
Хотя непосредственного практического применения этому явлению пока не найдено, исследователи полагают, что оно может иметь значение для изучения мягкой материи и разработки новых самособирающихся материалов.
Как отметил Томас Рассел: «Когда видишь то, что казалось бы невозможным, это нельзя оставлять без исследования».