Физики раскрыли механизм самопроизвольного завязывания узлов в жидкостях
Международная группа учёных из Университета Райса, Джорджтаунского университета и Университета Тренто раскрыла механизм, объясняющий, как одиночная нить или полимер может самопроизвольно завязаться в узел в жидкости под действием силы тяжести. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Графика, изображающая осаждающуюся цепь, формирующую узел. Автор: Rice University
Это явление, которое долгое время оставалось загадкой в физике мягкой материи, имеет значение для понимания упаковки ДНК в вирусах и создания новых наноматериалов.
С помощью компьютерного моделирования учёные показали, что при падении полугибкой нити через вязкую жидкость дальнодействующие гидродинамические потоки изгибают её, формируя компактную «голову» и вытянутый «хвост». Эта конфигурация позволяет петлям пересекаться и замыкаться в стабильные узлы.
«Мы обнаружили, что эти узлы не просто появляются, а эволюционируют через динамическую иерархию, затягиваясь и реорганизуясь в более стабильные топологии, почти как процесс отжига», — пояснил соавтор работы Фред Макинтош.
Исследование показало, что более сильные гравитационные поля и гибкость нити увеличивают вероятность и стабильность образования узлов. Это открывает путь к созданию материалов, чьи механические свойства программируются их топологией, а не только составом.
Понимание процесса также важно для биологии, так как образование узлов в белках и ДНК влияет на их функцию внутри клеток.
«Наше исследование предлагает экспериментально достижимый способ получения долгоживущих, тугих, сложных узлов в очень коротких полимерах», — добавил соавтор работы Лука Тубиана.
0 комментариев