Частицы синхронизируются через жидкость без прямого контакта

Инженеры из Северо-Западного университета обнаружили, что микроскопические частицы, взвешенные в жидкости, могут синхронизировать свои колебания, не касаясь друг друга. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что ключевую роль в этом процессе играет сама жидкость.

Когда частица колеблется под действием электрического поля, она создает крошечные потоки в окружающей жидкости. Эти потоки достигают соседних частиц и влияют на их движение, заставляя их в конечном итоге колебаться в унисон. В компьютерных симуляциях сотни частиц формировали скоординированные кластеры, окрашенные в одинаковые цвета в соответствии с фазой их колебаний.

«Когда частица движется в жидкости, она создает поток. Если рядом есть другая частица, на нее влияет этот поток. Так, если две частицы изначально колеблются в разных фазах, в итоге они начинают колебаться вместе. Они синхронизируются с ближайшими соседями», — объяснил первый автор исследования, постдок Серхи Лейва.

Ведущий автор работы, профессор Моника Ольвера де ла Крус, отметила, что проект занял годы: «Главный вопрос был: "Почему эти частицы движутся вместе?" Каким-то образом они, казалось, влияли друг на друга и в конце концов синхронизировали свои движения. Это почти как если бы частицы сотрудничали».

Открытие помогает понять, как коллективное поведение возникает в природе без явной коммуникации — например, синхронное мигание светлячков или биение клеток сердца. Теперь исследователи хотят научиться управлять синхронизацией, меняя плотность частиц или геометрию системы, что может привести к созданию программируемых материалов и микроскопических устройств.