Niektóre cząstki mają podwójną naturę

Cząstki Janusa – niezwykłe obiekty o „dwóch twarzach”

Naukowcy dokonali nowych odkryć dotyczących cząstek Janusa. Mogą one doprowadzić do przełomu w fizyce i lepszego zrozumienia otaczającego nas świata.

W mitologii rzymskiej Janus był bogiem o dwóch twarzach, opiekunem drzwi, bram, mostów i przejść. Symbolizował dwoistość natury. W 1991 r. Pierre-Gilles de Gennes zauważył istnienie „dwustronnych obiektów o różnej zwilżalności, które wykazują wyjątkową zaletę samoskładania się na granicy ciecz-ciecz”, a w konsekwencji tworzenia nowych struktur koloidalnych.

Czytaj też: Cząstki X znowu wykryte! Tym razem w plazmie kwarkowo-gluonowej

Cząstki Janusa wykazują asymetrię chemiczną, która pozwala na zastosowanie ich w wielu dziedzinach – od inżynierii biomedycznej, po technologie materiałowe. Naukowcy z kanadyjskiego Uniwersytetu w Calgary opisali w „Physics of Fluids” tzw. dynamikę cząstek dyssypacyjnych (DPD) do badań cząstek Janusa na granicy dwóch niemieszających się płynów. Wyniki opisano w „Physics of Fluids”. Okazało się, że można wpływać na właściwości cząstek Janusa bez wpływu na ich strukturę chemiczną.

Cząstki o dwóch twarzach

Symulacje przeprowadzone przez naukowców z Kanady, rzucają nowe światło na dynamikę cząstek o różnych powłokach powierzchniowych i rozmiarach, na granicy faz woda-olej. Ich kształt wpływa na orientację owych cząsteczek, a także ich ruchliwość.

W rezultacie, te zróżnicowane indywidualne reakcje modyfikują napięcie międzyfazowe całego układu, co wpływa na reologię, a tym samym na schematy przetwarzania.

Giovanniantonio Natale z Uniwersytetu w Calgary, współautor badań
Cząstki Janusa mogą przyjmować różną orientację w przestrzeni, co wpływa na ich właściwości

Naukowcy wykryli efekty „przechylania i obracania się” cząstek na granicy faz. Wykazano, że napięcie międzyfazowe zmniejsza się wprost proporcjonalnie do współczynnika kształtu, gdy cząstki zmieniają orientację z pionowej na poziomą. Mimo iż brzmi to w sposób skomplikowany, to oznacza mniej więcej tyle, że właściwości geometryczne cząstek Janusa można modyfikować bez zmian składu chemicznego ich powierzchni.

Możemy wykorzystać nasze symulacje DPD do optymalizacji systemów w nanoskali, gdzie przeprowadzenie i scharakteryzowanie eksperymentów jest często niezwykle trudne i czasochłonne.

Giovanniantonio Natale