De obicei, lumina accelerează lucrurile. Oamenii de știință tocmai au surprins-o făcând opusul

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

De ce nu mereu lumina accelerează lucrurile? Lumina continuă să îi surprindă pe oamenii de știință, iar un nou studiu arată că poate avea un efect opus celui așteptat. În loc să furnizeze energie și să accelereze mișcarea particulelor, ea le poate încetini.

De ce nu mereu lumina accelerează lucrurile? Într-o nouă cercetare, o echipă de la Universitatea Ruhr din Bochum, Germania, a descoperit că nanotuburile fluorescente din carbon se deplasează mult mai lent în apă atunci când sunt expuse la lumină. Cu cât intensitatea luminii este mai mare, cu atât mobilitatea lor scade, fenomen explicat parțial prin așa-numita „frecare cuantică”.

Acest tip de frecare a fost descoperit relativ recent și încă este puțin înțeles. „Descoperirea schimbă fundamental modul în care înțelegem procesele de la interfața dintre materiale și lichide. Experimentele noastre arată că mobilitatea nanotuburilor scade pe măsură ce crește intensitatea luminii”, spune chimistul Sebastian Kruss.

De ce nu mereu lumina accelerează lucrurile? Iată ce se întâmplă la nivel cuantic!

Nanotuburile analizate sunt extrem de mici, de aproximativ 100.000 de ori mai subțiri decât un fir de păr uman, și au fost suspendate individual în apă. Analizele microscopice au arătat că, sub acțiunea luminii, ele se comportă ca și cum s-ar deplasa printr-un lichid mai vâscos.

Cercetătorii au urmărit să studieze frecarea cuantică, fenomen care apare atunci când fluctuațiile sarcinilor electrice dintr-un material solid interacționează cu moleculele lichidului din jur. În timpul experimentelor, lumina a determinat formarea unor excitori, perechi alcătuite dintr-un electron și golul lăsat de un alt electron. Acești excitori le transferă impuls moleculelor de apă, ceea ce încetinește deplasarea nanotuburilor.

„Este fascinant că efectul dispare complet atunci când folosim nanotuburi în care excitorii se deplasează mai greu din cauza defectelor structurale. Acest lucru arată că tocmai mobilitatea excitorilor este responsabilă de schimbul cu mediul și de efectul de frânare”, explică Kruss, citat de ScienceAlert.

Ce aplicații practice are noua descoperire?

Pentru a observa fenomenul, echipa a folosit spectroscopia în domeniul teraherților, o tehnică ce măsoară energia și mișcarea moleculelor. „Are loc un transfer foarte mic, dar măsurabil, de impuls. Apa nu reprezintă un mediu perfect neted pentru nanotubul iluminat, ci opune o rezistență care îi încetinește mișcarea”, spune fizicianul teoretician Marialore Sulpizi.

Spre deosebire de frecarea obișnuită, care apare prin contactul dintre două suprafețe, frecarea cuantică se produce la nivelul electronilor și nu necesită atingere directă. Interacțiunea dintre sarcinile electrice fluctuante și moleculele de apă este suficientă pentru a încetini mișcarea, astfel încât lumina acționează ca o frână.

Rezultatele arată și că, la scară nanometrică, granița dintre fizica solidelor și cea a lichidelor devine tot mai neclară. Dacă fenomenul va putea fi controlat, el ar putea avea aplicații practice, precum dirijarea nanoroboților prin lichide sau reglarea precisă a reacțiilor chimice.

„Faptul că putem controla frecarea la interfața dintre un solid și un lichid prin excitare electronică deschide perspective complet noi pentru știința materialelor și nanotehnologie”, spune chimista Martina Havenith.

Studiul a fost publicat în revista Nature.

Vă recomandăm să citiți și:

Telescopul Hubble al NASA a surprins o pepinieră stelară uimitoare

Un super-Pământ din apropierea noastră ar putea susține viața, dezvăluie un studiu

Un satelit NASA a luat prin surprindere astronomii cu o nouă descoperire

A fost lansat primul satelit comercial cu energie nucleară