Por Ian Randall
publicado n/a mundo de la física
Las primeras observaciones directas de interacciones individuales entre granos submilimétricos cargados reportadas por investigadores en los Estados Unidos. Los experimentos se realizaron para simular las condiciones presentes cuando se formó el planeta y revelaron que las partículas se atraen y se repelen entre sí a través de fuerzas electrostáticas. Las partículas también se combinan, muchas veces a través de múltiples colisiones, para formar grupos con configuraciones similares a las moléculas.
Comprender cómo interactúan las partículas finas es fundamental en una variedad de situaciones, incluido el aumento de la energía interestelar durante la formación planetaria, o la agregación de biomoléculas en procesos industriales, y la coagulación de contaminantes peligrosos transportados por el aire.
Se cree que las interacciones electrostáticas de largo alcance juegan un papel importante en la interacción de partículas muy pequeñas, lo que a veces hace que las partículas se aglutinen en piezas más grandes. Las partículas en sí mismas pueden ser químicamente neutras, pero pueden adquirir grandes cargas positivas o negativas a través del desgaste durante los eventos de colisión. Sin embargo, no entendemos completamente cómo afectan exactamente las fuerzas electrostáticas al proceso de agregación, ya que los experimentos deben realizarse en ausencia de gravedad.
plano secuencia
Ágora, Víctor Lee y sus colegas La Universidad de Chicago ha desarrollado un nuevo dispositivo experimental que minimiza el efecto de la gravedad, observando que las partículas quedan libres dentro de una cámara de vacío de 3m de altura. Los granos de silicato de dióxido de circonio, cada uno con diámetros en una escala de unas pocas décimas de milímetro, se forman en la cámara por una corriente diluida. En el costado de la cámara de vacío, una cámara de alta velocidad pudo caer sobre el costado de dos grúas, guiada por dos arrastres bajos. Para registrar el comportamiento de las partículas a través de una lente durante la compresión de la cámara, Lee y sus colegas pudieron estudiar las interacciones de las partículas durante hasta 0,2 segundos en un entorno de baja gravedad, antes de que las almohadillas de espuma levantaran suavemente la cámara. .
En una prueba separada, los investigadores determinarán la carga total de dos granos individuales mediante la aplicación de un fuerte campo eléctrico al flujo restante y medirán la aceleración resultante de dos granos.
Las observaciones de largo alcance revelarán interacciones electrostáticas atractivas y repulsivas significativas entre partículas cargadas, con algunas partículas moviéndose en órbitas keplerianas relacionadas. También se observaron granos agrupados a través de una serie de vigorosos eventos de colisión. Esto permite el desarrollo de grupos de partículas a partir de colisiones a velocidades relativas más altas de lo que se esperaría de simples colisiones frontales. Isso, dicen los investigadores, es relevante para la acumulación de poesía en la formación planetaria.
«Para eliminar la resistencia de la gravedad, somos testigos de una danza delicada que involucra órbitas inducidas electrostáticamente, eventos de formación y aniquilación de grupos, así como la formación de ‘moléculas’ de granos con cargas opuestas», explica Lee. «Nuestros hallazgos revelan los ingredientes esenciales para juntar tal montón de poesía, o tal vez explican por qué ou chão sob nossos pés está en primer lugar».
Estudio minucioso y “valiente”
Troyano Shinbrot La Universidad de Rutgers en los Estados Unidos, que no participó en este estudio, elogia la investigación para confirmar cómo los granos idénticos pueden adquirir grandes cargas relativas y revelar con gran detalle las complejas interacciones entre las partículas finas. «El trabajo es técnicamente impresionante e involucró algo de ‘coraje’ de dos investigadores, quienes dispararon una cámara de alta velocidad de $ 20,000 miles de veces para acompañar a las partículas restantes», dice.
«Probar que las interacciones electrostáticas de largo alcance conducen a órbitas keplerianas entre estos pequeños granos es emocionante de leer», está de acuerdo. Jürgen Blum de la Technische Universität Braunschweig, Alemania. Blum, sin embargo, insiste en sugerir la aplicabilidad del estudio en los procesos de formación planetaria. “El número de cargas elementales por grano es enorme [neste experimento] Esto es mucho, mucho más grande de lo que sería posible en un entorno de formación de planetas, debido a la capacidad de descargar gas parcialmente ionizado”, observa. Blum también sugiere que el tamaño más pequeño de los dos granos que se encuentran en un disco protoplanetario también daría como resultado una proporción más pequeña de fuerzas de Coulomb-a-Van-der-Waals en las interacciones grano a grano.
lee a tus colegas fizeram un video mostrando las interacciones entre una serie de partículas durante la estancia libre.
La investigación se describe na Física Natural.