Eis o “estado redemoinho”, um novo tipo de matéria que desafia as leis da Física

Uma nova investigação revelou que, no nível mais básico, o comportamento de grupo, como cardumes de peixes, enxames de insetos e bandos de pássaros, forma um novo tipo de matéria ativa, chamado “estado redemoinho”.

As leis da Física, como a segunda lei do movimento de Newton – que afirma que, à medida que uma força aplicada a um objeto aumenta, a sua aceleração aumenta e que, conforme a massa do objeto aumenta, a sua aceleração diminui -, aplicam-se à matéria passiva e inanimada, variando de átomos a planetas.

No entanto, grande parte da matéria no mundo é matéria ativa e move-se sob a sua própria força, segundo Nikolai Brilliantov, matemático do Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia na Rússia e da Universidade de Leicester, no Reino Unido.

Seres vivos como bactérias, pássaros e humanos podem interagir com as forças sobre elas.

Além disso, também existem exemplos de matéria ativa não viva. Nanopartículas conhecidas como “partículas de Janus” são compostas por dois lados com propriedades químicas diferentes. As interações entre os dois lados criam movimento autopropulsionado.

Querendo explorar a matéria ativa, Brilliantov e os seus colegas usaram um computador para simular partículas que poderiam autopropulsionar-se. Essas partículas não interagiam conscientemente com o meio ambiente, segundo disse Brilliantov, em declarações ao LiveScience.

Em vez disso, eram mais parecidos com bactérias simples ou nanopartículas com fontes internas de energia, mas sem habilidades de processamento de informação.

A primeira surpresa foi que a matéria ativa se comporta de forma muito diferente da matéria passiva. Segundo Brillantov, diferentes estados de matéria passiva podem coexistir. Por exemplo, um copo de água líquida pode evaporar-se gradualmente até ao estado gasoso, deixando para trás a água líquida.

Pelo contrário, a matéria ativa não coexistia em fases diferentes: era tudo sólido, totalmente líquido ou totalmente gasoso.

Além disso, as partículas agruparam-se como grandes conglomerados, ou quase-partículas, que se misturaram num padrão circular em torno de um vazio central, como um redemoinho de sardinhas. Os cientistas apelidaram os conglomerados de partículas de “redemoinhos” e batizaram o novo estado da matéria de “estado redemoinho”. 

Nesse estado, as partículas exibiam um comportamento bizarro, violando, por exemplo, a segunda lei de Newton, que é atualmente ensinada em escolas secundárias em todo o Reino Unido: quando uma força lhes foi aplicada, não aceleraram.

“Estes padrões já foram observados em animais em diferentes estágios de evolução, desde vermes e insetos a peixes, mas sim como estruturas singulares, não como uma fase que faz fronteira com outras fases, assemelhando-se às fases gasosa e líquida da matéria normal”, disse Brillantov, num comunicado divulgado pelo EurekAlert.

Segundo o investigador, as simulações eram básicas e o trabalho experimental com matéria ativa do mundo real é um próximo passo importante. Brilliantov e a sua equipa também planeiam fazer simulações mais complexas com partículas de matéria ativa com capacidade de processamento de informações. Estas partículas assemelhar-se-ão mais a insetos e animais.

Em última análise, o objetivo é criar materiais de automontagem a partir de matéria ativa, o que torna importante entender as fases desse tipo de matéria. “É muito importante que vejamos que a natureza da matéria ativa” é muito mais rica do que a da matéria passiva, concluiu Brilliantov.

“É sempre emocionante considerar o aprofundamento da nossa compreensão sobre novos fenómenos e os seus princípios físicos norteadores. O que sabemos até agora é muito menos do que há para saber. O fenómeno do redemoinho é parte da ponta do icebergue do conhecimento oculto. Isto deixa-nos com a pergunta eterna: o que mais não sabemos?”, interrogou Ivan Tyukin, diretor de investigação em matemáticas aplicadas.

Este estudo foi publicado em outubro na revista científica Scientific Reports.

Maria Campos Maria Campos, ZAP //

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