Физики обнаружили частицы, которые ускоряются в толпе

Сотни металлических шариков диаметром 1 мм помещены между двумя стеклянными пластинами размером 15×15 см. Автор: Лейденский университет

Что если частицы не замедляются в толпе, а начинают двигаться быстрее? Физики из Лейденского университета обнаружили новое состояние материи, где частицы передают энергию через столкновения и создают больше движения при плотном расположении.

До сих пор ученые в основном изучали случаи, когда большие группы частиц (как люди в толпе или машины в пробке) замедляются при сближении. Но команда исследователей — Марин Ле Бле, Джошуа Салди и Александр Морен — задались противоположным вопросом: что если частицы ускоряются в толпе?

Их работа опубликована в журнале Nature Physics.

Металлические шарики и электроды

В эксперименте использовались неподвижные 1-миллиметровые металлические шарики, помещенные между двумя стеклянными пластинами-электродами. «Когда мы подаем на них электричество, шарики начинают прыгать между пластинами со скоростью около 100 раз в секунду», — объясняет Салди.

Морен добавляет: «Мы снимаем процесс на высокоскоростную камеру (300-400 кадров/с), а затем анализируем движение каждой частицы. Один день экспериментов заполняет целый жесткий диск».

Движение в группе

Когда шариков становилось сотни и тысячи, происходило неожиданное: они начинали хаотично двигаться, образуя «активный газ». Оказалось, что при столкновениях частицы не теряют энергию, а передают ее друг другу, усиливая общее движение.

От устойчивого осциллятора к активному газу. Автор: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02957-y

Контроль над поведением

Исследователи научились управлять коллективным поведением шариков, включая и выключая электрическое поле. «Мы смогли получить аналоги трех состояний материи: газа, жидкости и кристалла — просто поворачивая ручку генератора», — говорит Морен.

Почему это важно

Открытие показывает, что существуют неизвестные ранее способы самоорганизации частиц. Это может привести к созданию «умных» материалов, способных менять форму и свойства, подобно живым тканям.

Лабораторная установка: высокоскоростная камера фиксирует движение шариков. Автор: Лейденский университет

Подробнее: Marine Le Blay et al, Control of collective activity to crystallize an oscillator gas, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02957-y

Источник: Лейденский университет