نوشته پسخ بنسون • ۳۰ آوریل ۲۰۲۶
اورشلیم، ۳۰ آوریل ۲۰۲۶ (TPS-IL) — یک معمای صد ساله فیزیک با تحقیقات جدیدی که نوری تازه بر چگونگی تبدیل مایعات به جامدات شیشهایمانند بدون هیچ تغییر ساختاری آشکار میافکنند، به حل شدن نزدیکتر میشود. این یافتهها میتواند بر تولید مواد غذایی، ژلها، سیمان و حتی پزشکی تأثیر بگذارد.
این پدیده که به «گذار شیشهای» معروف است، بسیاری از مواد روزمره و صنعتی، از محصولات غذایی گرفته تا رنگها و ژلها را تحت تأثیر قرار میدهد، اما پیشبینی دقیق اینکه چه زمانی یک مایع روان ناگهان سفت میشود، دشوار بوده است. این موضوع بیش از ۱۰۰ سال دانشمندان را متحیر کرده است، زیرا مواد میتوانند از نظر ظاهری جامد شوند، اما در سطح میکروسکوپی تقریباً بدون تغییر باقی بمانند.
تیمی از دانشمندان اسرائیلی و آلمانی روش آزمایشی جدیدی را برای مشاهده این گذار با ردیابی ذرات ریز جاسازی شده در ماده معرفی کردهاند. این مطالعه که توسط پروفسور حاییم دیامانت و پروفسور یاِل رویشمن از دانشکده شیمی دانشگاه تلآویو، با همکاری گروه پروفسور اشتفان اگلهاف در دانشگاه هاینریش هاینه دوسلدورف انجام شده است، در مجله معتبر Nature Physics منتشر شده است.
دیامانت گفت: «اهمیت این تحقیق نه تنها در شناسایی نشانههای جدید گذار شیشهای، بلکه در ارائه دیدگاهی تازه به این پدیده در کل آن نهفته است. یافتههای ما نشان میدهد که گذار شیشهای صرفاً کند شدن تدریجی حرکت ذرات نیست، بلکه با تغییر عمیقی در نحوه انتقال تکانه از نقطهای به نقطه دیگر در ماده همراه است.»
محققان از کلوئیدها — مایعات حاوی ذرات میکروسکوپی — به عنوان یک سیستم مدل استفاده کردند. کلوئیدها مخلوطهایی هستند که در آنها ذرات جامد ریز در مایعی معلق هستند و به ماده اجازه میدهند مانند مایع جریان یابد، در حالی که بسته به تراکم ذرات، به روشهای پیچیدهای رفتار میکند. با افزایش تراکم ذرات، سیستم شلوغ میشود تا زمانی که «گیر» کند و مانند جامد رفتار کند.
نوآوری کلیدی، افزودن ذرات ردیاب بسیار کوچکی بود که حتی زمانی که ماده اطراف به شدت کند میشود، متحرک باقی میمانند. دانشمندان با ردیابی جفتهایی از این ردیابها با میکروسکوپ پیشرفته، توانستند نحوه انتشار حرکت و نیروها را در سیستم در زمان واقعی اندازهگیری کنند.
نتایج نشاندهنده تغییر واضحی در نحوه رفتار ماده بود. در مایع، حرکت در فواصل طولانی در سراسر سیستم پخش میشود. با نزدیک شدن به حالت شیشهای، این انتشار از بین میرود و ماده شروع به رفتار بیشتر شبیه جامدی میکند که تکانه را جذب میکند تا منتقل کند.
این مطالعه سه نشانه واضح از این گذار را شناسایی کرد. اول، تغییری در نحوه کاهش همبستگیهای فضایی با فاصله. دوم، ظهور یک مقیاس طول مشخص در حال رشد که با افزایش ویسکوزیته مرتبط است. سوم، ظهور حرکات متقابل بین ذرات مجاور، که نشاندهنده توسعه مقاومت در برابر برش است، یک ویژگی کلیدی جامدات.
فراتر از فیزیک بنیادی، این روش کاربردهای عملی مهمی دارد. این میتواند به بهبود طراحی و پردازش ژلها، رنگها، محصولات غذایی و مواد صنعتی مانند سیمان و سوسپانسیونهای سرامیکی کمک کند. بسیاری از این سیستمها میتوانند ناگهان از جریان روان به گرفتگی یا جامد شدن تغییر کنند و چالشهای بزرگی در تولید ایجاد کنند. رویکرد جدید راهی برای پیشبینی و کنترل بهتر این گذارها، بهبود پایداری، بافت و عملکرد ارائه میدهد.
این تکنیک همچنین ممکن است برای زیستشناسی و پزشکی مفید باشد، جایی که بافتها، خون و محیطهای سلولی اغلب مانند موادی رفتار میکنند که تا حدی مایع و تا حدی جامد هستند. درک اینکه چه زمانی و چگونه این سیستمها سفت میشوند، میتواند تحقیقات در زمینه بهبود زخم، پیشرفت بیماری و سیستمهای دارورسانی را که به تغییرات کنترل شده در قوام مواد در داخل بدن متکی هستند، بهبود بخشد.