• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy przyglądają się prądom cząstek elementarnych w cieczy

    12.08.2011. 17:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Zespół austriackich naukowców dokonał intrygującego odkrycia, jak cząstki w cieczach mogą układać się w zorganizowany sposób.

    W artykule opublikowanym w czasopiśmie Physical Review Letters naukowcy z Politechniki Wiedeńskiej i Uniwersytetu w Wiedniu napisali, że ciecz niekoniecznie musi składać się z nieuporządkowanej masy cząstek. W toku prowadzonych badań ujawnili tajemnicze struktury tworzone przez malutkie cząstki unoszące się w cieczach. Wydaje się, że pod wpływem naprężenia mechanicznego skupiska cząstek w cieczach mogą samorzutnie tworzyć ciągi radykalnie zmieniając właściwości cieczy.

    Naukowcy przeanalizowali symulacje komputerowe płynnej krwi, atramentu i kleiku, które zawierały małe zawieszone cząstki lub "koloidy". W niektórych z tych płynów cząstki tworzą skupiska, które z kolei układają się w regularne struktury, w taki sam sposób jak atomy w kryształach. Dzięki analizie substancji podobnych do kryształów naukowcy byli w stanie ustalić, że pod wpływem naprężenia mechanicznego model krystaliczny może zmienić się w inną strukturę, a nawet całkowicie zaniknąć.

    Jeżeli małe cząstki potrafią się gromadzić, to mogą tworzyć skupiska, a w skupiskach mogą zachodzić na siebie i mieszać się. Co zaskakujące skupiska te nie są rozmieszczone losowo, raczej samorzutnie tworzą regularną strukturę - taki "kryształ skupiskowy". Naukowcy zaobserwowali, jak na początku struktura kryształu zaczyna topnieć, a powiązania między skupiskami rozrywają się. Rozbite skupiska cząstek dają początek nowemu, regularnemu porządkowi, który pojawia się samorzutnie, a cząstki układają się w długie, proste ciągi, starannie ułożone wzdłuż siebie.

    Arash Nikoubashman, naczelny autor raportu z badań i pracownik Politechniki Wiedeńskiej, wyjaśnia:
    "Zwiększanie się gęstości cząstek powoduje dodawanie do każdego skupiska kolejnych cząstek, niemniej odległość między nimi pozostaje taka sama."

    Podczas powstawania ciągów ciecz staje się rzadsza i mniej lepka. Dzieje się tak dlatego, że ciągi są w stanie przesuwać się względem siebie. W przypadku przyłożenia jeszcze większego naprężenia, ciągi również pękają i pozostaje to, co można opisać jako "rozbity, nieuporządkowany zespół skupisk cząstek", czemu z kolei towarzyszy ponowny wzrost lepkości cieczy. Coraz więcej cząstek jest wymywanych ze swoich pierwotnych pozycji, hamując przepływ. To zachowanie jest wspólne dla wszystkich typów kryształów skupiskowych.

    Ostatnie badania opierają się na wcześniejszych pracach przeprowadzonych w tej dziedzinie, które już ujawniły, że cząstki mogą wykazywać dziwne zachowania przy określonych warunkach zewnętrznych.

    Wykraczając poza teorię, odkrycia te mają znaczenie dla szerokiego zakresu zastosowań praktycznych - od badań nad krwią i dużymi biopolimerami, jak DNA, po konstruowanie tłumików drgań i odzieży ochronnej. Mają też istotne znaczenie dla biotechnologii, jak również petrochemii i farmakologii oraz każdej dziedziny wykorzystującej nanomateriały przygotowane na miarę.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Spin – moment własny pędu cząstki w układzie, w którym nie wykonuje ruchu postępowego. Własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej cząstki. Każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla siebie spin. Cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych (np. jądra atomów) mają również swój spin będący sumą wektorową spinów wchodzących w skład jego cząstek elementarnych. Zawiesina - układ niejednorodny, dwufazowy, w postaci cząstek jednego ciała rozproszonych (faza rozproszona) w drugim ciele (faza rozpraszająca), np. cząstek ciała stałego w gazie lub cząstek cieczy w cieczy. Jeżeli cząstki te są dostatecznie małe, mowa jest o układzie koloidalnym. Gęstość fazy rozproszonej w zawiesinach jest na ogół większa niż gęstość fazy rozpraszającej i z tego powodu rozproszone cząstki fazy stałej mają tendencję do sedymentacji (opadania). Prędkość dryfu (prędkość unoszenia) – średnia prędkość jaką uzyskuje cząstka (elektron, dziura, jon, itp.) w materiale pod wpływem pola elektrycznego. Używanie tego pojęcia w odniesieniu do cząstek w próżni nie ma sensu, gdyż są one przyspieszane a ich prędkość zależy od różnicy potencjałów i ich masy. W przypadku zaś ośrodków materialnych (ciało stałe, ciecz, gaz, itp.) ruch przyspieszanej cząstki jest spowalniany przez oddziaływania z siecią krystaliczną (w ciele stałym) lub inne cząstki (w cieczy, gazie). W układzie będącym w stanie równowagi prędkości cząstek podlegają pewnemu rozkładowi. Nawet gdy nie jesteśmy go w stanie poznać, można posługiwać się mierzalną wielkością makroskopową: średnią prędkością cząstki, czyli właśnie prędkością dryfu.

    Cząstki identyczne to cząstki nie różniące się żadną cechą. Ich nierozróżnialność polega na tym, że zmiana współrzędnych i spinów dwóch dowolnych cząstek tego samego rodzaju nie może zmienić prawdopodobieństwa znalezienia każdej z nich w określonej objętości. Liczby kwantowe cząstek identycznych są jednakowe. Funkcje falowe układu cząstek identycznych są albo symetryczne (dla bozonów) albo antysymetryczne (dla fermionów) przy zamianie liczb kwantowych tych cząstek. Jądro złożone – rodzaj silnie wzbudzonego jądra atomowego, które powstaje w wyniku zespolenia się ze sobą co najmniej dwóch zderzających się ze sobą jąder, bądź wchłonięcia określonej cząstki przez dane jądro. Produkty reakcji zazwyczaj znacznie różnią się od cząstek padających. Ponadto produkty reakcji przez jądro złożone mają kierunek słabo skorelowany z kierunkiem cząstki padającej. Inaczej niż w reakcji bezpośredniej, w której kierunek ruchu emitowanych cząstek pokrywa się mniej więcej z kierunkiem ruchu cząstki padającej. Jedynie kierunek prostopadły do płaszczyzny wyznaczanej przez kierunek ruchu cząstki padającej i środek bombardowanego jądra jest dyskryminowany, ponieważ jest to kierunek osi obrotu, jaki zaczyna wykonywać uderzone jądro, przy niecentralnym uderzeniu przez cząstkę padającą. Pozostałe kierunki są uprzywilejowane ze względu na pewien wpływ siły odśrodkowej.

    Wykres Dalitza - wykres, wprowadzony przez R. H. Dalitza w 1953 roku do analizy rozpadu mezonu K. Wykres Dalitza używany w fizyce cząstek elementarnych przy wyznaczaniu spinu i parzystości cząstek rozpadających się na trzy cząstki, przedstawia gęstość zdarzeń odpowiadającym określonym wartościom energii cząstek, na które rozpada się układ. Analizator elektrostatyczny - urządzenie służące do wydzielania z wiązki cząstek naładowanych wiązki o określonej energii cząstek. Zwykle umieszczany jest między wylotem rury akceleratora a tarczą. Analizator tworzą dwie płytki kondensatora wygięte w łuk. Przez taki zakrzywiony kondensator przelatują tylko cząstki dla których siła pola elektrycznego w kondensatorze jest siłą odśrodkową. Przy określonym promieniu łuku kondensatora, energię wyjściowej wiązki analizatora (energię cząstek, które mają przechodzić przez analizator) można regulować natężeniem pola elektrycznego:

    Dżet jest skupionym stożkiem hadronów i innych cząstek powstających w wyniku zjawiska hadronizacji kwarków i gluonów w eksperymentach z cząstkami lub z ciężkimi jonami. Z powodu chromodynamicznego uwięzienia, cząstki przenoszące kolor, jak kwarki, nie mogą występować w stanie wolnym. Dlatego zanim mogłyby być bezpośrednio zaobserwowane, ich fragmenty w hadronach tworzą dżety. Aby poznać właściwości samych kwarków, należy rejestrować dżety detektorami cząstek a następnie studiować. Zdarzenie trójdżetowe – w fizyce cząstek elementarnych jest zdarzeniem, w rezultacie którego powstają cząstki skupione w trzech dżetach (strugach).

    Nukleony – wspólna nazwa protonów i neutronów, czyli podstawowych cząstek tworzących jądro atomu. Nukleony składają się z kwarków. Choć przez obecne teorie cząstek protony i neutrony nie są uznawane za cząstki elementarne, ale z historycznych względów zalicza się je do cząstek elementarnych.

    Masa spoczynkowa protonu – masa protonu pozostającego w spoczynku w inercjalnym układzie odniesienia. Rozróżnienie między masą spoczynkową a masą cząstki poruszającej się jest istotne z punktu fizyki relatywistycznej i ma znaczenie np. w przypadku zjawisk i eksperymentów z dziedziny fizyki cząstek elementarnych.

    Masa spoczynkowa neutronu to masa neutronu pozostającego w spoczynku w inercjalnym układzie odniesienia. Rozróżnienie między masą spoczynkową a masą cząstki poruszającej się jest istotne z punktu fizyki relatywistycznej i ma znaczenie np. w przypadku zjawisk i eksperymentów z dziedziny fizyki cząstek elementarnych. Kondensacja Bosego-Einsteina – efekt kwantowy zachodzący w układach podległych rozkładowi Bosego-Einsteina. Piąty stan skupienia. W temperaturach niższych od temperatury krytycznej część cząstek (bozonów) przechodzi w zerowy stan pędowy – cząstki te mają identyczny pęd. Oznacza to, że w zerowej objętości przestrzeni pędów może znajdować się niezerowa liczba cząstek. Mówimy wtedy o makroskopowym obsadzeniu stanu podstawowego. Efektem kondensacji jest kolektywne zachowanie wszystkich cząstek biorących w niej udział (w przybliżeniu wszystkie zachowują się jak jedna cząstka). Należy podkreślić, że nie chodzi tu o kondensację w zwykłym sensie w przestrzeni położeniowej – cząstki nie znajdują się w jednym miejscu, lecz o "kondensację" cząstek w przestrzeni pędów – znaczna liczba cząstek ma taki sam pęd. Rozkład przestrzenny cząstek "skondensowanych" pozostaje równomierny (jeśli nie ma pól zewnętrznych). W kondensacie Bosego-Einsteina zachodzi zjawisko nadciekłości. Kondensat opisywany jest w przybliżeniu nieliniowym równaniem Grossa-Pitajewskiego. Równanie to posiada rozwiązania solitonowe, o wielkim znaczeniu eksperymentalnym. Występują zarówno "jasne" jak i "ciemne" rozwiązania solitonowe. Przybliżenie można polepszyć stosując rachunek zaburzeń – teorię Bogoliubowa.

    Dodano: 12.08.2011. 17:37  


    Najnowsze