Hay leyes de la física tan fundamentales que han servido como base para la ciencia durante siglos. Pero con los avances de la tecnología los físicos pueden crear (aunque sea por un tiempo) mundos pequeños que evaden esas leyes, y cuando lo hacen lo que sucede es muy extraño.
En un estudio que se publicó ahora en Physical Review Letters unos físicos japoneses crearon un sistema de más de 10.000 partícula que durante una hora desafiaron la tercera ley de Newton sobre el movimiento. Esta ley dice que las partículas pasivas ejercen unas sobre otras fuerzas iguales por lo que ninguna puede por su propia fuerza impulsarse a sí misma de repente. Pero al ingeniar este sistema el equipo sometió a las partículas a un campo eléctrico de alternancia que hizo que las partículas pasivas espontáneamente formaran pares y “se persiguieran” en un entorno líquido.
“Este trabajo de investigación demuestra que la ruptura de la simetría de la acción y reacción es un principio fundamental que genera nuevos movimientos colectivos y la auto-reorganización de la materia”, declaró Yutaka Sumino, coautor del trabajo y físico en la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón.
Un parate físico
Según Isaac Newton la tercera ley del movimiento principio de acción y reacción indica que cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre otro cuerpo B, este último ejerce simultáneamente una fuerza de igual magnitud pero en sentido contrario sobre el cuerpo A. La clave aquí está en la simetría, en la relación recíproca entre la acción y la reacción.
Los científicos también encontraron formas de aprovechar este principio. Por ejemplo, la propulsión de un motor de cohete proviene de la acción del gas caliente que sale por atrás y que produce una reacción en la fuerza de empuje en dirección opuesta.
Más allá de las normas
En tiempos recientes los investigadores han estado estudiando sistemas que rompen esa simetría, según indica el trabajo. En este estudio el equipo usó partículas coloidales suspendidas en agua, que luego confinaron entre electrodos fabricados especialmente. Al aplicar un campo eléctrico de alternancia las partículas más grandes desarrollaron una conducción eléctrica mayor, atrayendo a las partículas más pequeñas.
Eso creó un desequilibrio que causó que las partículas se movieran por el medio líquido como unidades autopropulsadas. Como referencia de comparación, intentaron algo similar con suspensiones que contenían partículas del mismo tamaño y los resultados fueron muy diferentes ya que las partículas exhibían interacciones recíprocas y gradualmente se organizaron formando un cristal.
“En palabras simples, las partículas se atraen entre sí, como la arena, el polvo o las gotas de lluvia y en general tienden a juntarse hasta formar cuerpos de mayora tamaño”, dijo Sumino. Pero el sistema con partículas de diferentes tamaños mostró que aunque se unían, no lo hacían de manera permanente sino que “se reunían y luego se separaban”, según añadió.
El equipo sospecha que en los sistemas biológicos como las colonias de células y los grupos animales se dan interacciones similares. Si es así, el mecanismo que estudiaron podría inspirar a la creación de materiales programables y sistemas micro robóticos.
