Opușii se atrag? Un nou experiment contrazice principiul fundamental al fizicii

Oamenii de știință au observat că sarcinile asemănătoare se atrag reciproc pe distanțe mari, într-o aparentă contradicție cu un principiu fundamental al fizicii.

Enunțat pentru prima dată de către fizicianul francez Charles-Augustin de Coulomb în secolul al XVIII-lea, „contrariile se atrag, iar sarcinile similare se resping” a devenit un proverb familiar.

• Test de cultură generală. De ce Luna pare mai mare atunci când se află la orizont?
• Straniu și „extraterestru”: suprafața planetei Marte pe timp de noapte, văzută prin ochii roverului Curiosity

Acum, o nouă cercetare publicată în revista Nature Nanotechnology a complicat această imagine. O echipă de cercetători a descoperit că, în unele lichide, este adevărat contrariul: particulele cu aceeași încărcătură se atrag.

„Deoarece se așteaptă ca obiectele cu sarcini similare în vid să se respingă indiferent dacă semnul sarcinii pe care o poartă este pozitiv sau negativ, se așteaptă ca particulele cu sarcini similare în soluție să se respingă, de asemenea”, au scris cercetătorii în lucrare.

Pentru a testa această ipoteză, cercetătorii au plasat microparticule de siliciu încărcate (cu o lățime de doar 5 micrometri – o fracțiune din lățimea unui fir de păr uman) în apă sau în unul dintre cele două tipuri de alcool. Urmărind încărcăturile cu ajutorul unui microscop, echipa a stabilit că, în interiorul apei, particulele încărcate pozitiv se îndepărtează unele de altele în conformitate cu legea lui Coulomb.

Particulele încărcate la fel se atrag

Dar particulele cu sarcină negativă s-au comportat în mod complet diferit: Acestea s-au grupat în mici structuri hexagonale. Acest efect a apărut atunci când apa a fost făcută ușor acidă – într-o fereastră de pH între 5 și 6,5, sau la fel de acidă ca și cafeaua sau laptele – și a dispărut în afara acestui interval.

Iar atunci când particulele încărcate pozitiv au fost plasate în interiorul etanolului sau al izopropanolului, efectul a fost opus: Sarcinile pozitive au fost atrase între ele, iar cele negative au fost respinse.

Pentru a explica acest comportament ciudat, cercetătorii au apelat la o teorie pe care o dezvoltaseră și care a modelat apa ca fiind mai degrabă moleculară decât ca un mediu continuu, scrie Space.

„Ecuațiile standard sunt ecuații de continuum – nu respectă natura granulată a continuumului”, a declarat pentru Live Science Madhavi Krishnan, autorul principal, profesor de chimie fizică la Universitatea din Oxford. „Funcționează perfect pentru majoritatea situațiilor”.

Particulele cu sarcină negativă s-au comportat în mod complet diferit

Prin modelarea moleculelor de apă ca fiind mici dipoli electromagnetici – cu o ușoară sarcină negativă la nivelul atomului de oxigen și o sarcină pozitivă în jurul atomilor de hidrogen – cercetătorii au descoperit că o forță apare din interacțiunea dintre oxigenul negativ și particulele negative de siliciu.

Această forță reduce energia globală din sistem după ce un proton „a sărit” pe particulele de silice pentru a le diminua sarcina negativă globală și apare într-un interval de pH distinct, atunci când protonii din soluție sunt capabili să-și schimbe poziția.

În alcool, dipolul molecular este inversat, ceea ce face ca forța să fie resimțită între sarcinile pozitive, a constatat echipa.

Acum că efectul a fost demonstrat, cercetătorii îl vor folosi pentru a înțelege mai bine condensatele biomoleculare, un tip de organite celulare care poate separa fazele conținutului unei celule și a cărui funcționare este vitală pentru înțelegerea bolilor.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Non-particulele misterioase ar putea „întinde” Universul, arată un studiu teoretic

Particulele „interzise” care se atrag unele pe altele

„Particulele-fantomă” ne arată Calea Lactee așa cum nu am mai văzut-o

Nanoparticulele de argint, promițătoare în combaterea bacteriilor rezistente