I fisici della Emory University hanno mostrato come un sistema di particelle senza vita può diventare "simile alla vita" passando collettivamente avanti e indietro tra gli stati cristallini e fluidi, anche quando l'ambiente rimane stabile.

Lettere di revisione fisica ha recentemente pubblicato i risultati, la prima realizzazione sperimentale di tale dinamica.

"Abbiamo scoperto forse il sistema fisico più semplice in grado di continuare a modificare costantemente il comportamento nel tempo in un ambiente fisso, "dice Justin Burton, Emory assistente professore di fisica. "Infatti, il sistema è così semplice che non ci saremmo mai aspettati di vederne emergere una proprietà così complessa."

Molti sistemi viventi, dalle lucciole ai neuroni, cambiano i comportamenti collettivamente, accendersi e poi spegnersi. Il documento attuale, però, coinvolto un sistema non vivente:particelle di plastica, minuscoli come granelli di polvere, che non hanno interruttori "on" o "off".

"Le singole particelle non possono cambiare tra stati cristallini e fluidi, " Dice Burton. "Il passaggio emerge quando ci sono raccolte di queste particelle, infatti, fino a 40. I nostri risultati suggeriscono che la capacità di un sistema di cambiare comportamento su qualsiasi scala temporale è più universale di quanto si pensasse in precedenza".

Il laboratorio Burton studia i piccoli, particelle di plastica come modello per sistemi più complessi. Possono imitare le proprietà dei fenomeni reali, come la fusione di un solido, e rivelare come cambia un sistema quando è guidato da forze.

Le particelle sono sospese in una camera a vuoto riempita con un gas argon ionizzato al plasma. Alterando la pressione del gas all'interno della camera, i membri del laboratorio possono studiare come si comportano le particelle mentre si muovono tra un ambiente eccitato, stato a flusso libero in uno stato inceppato, posizione stabile.

L'attuale scoperta è avvenuta dopo che lo studente laureato di Emory Guram "Guga" Gogia ha toccato uno shaker e ha lentamente "salato" le particelle nella camera a vuoto riempita con il plasma, creando un singolo strato di particelle che levitano sopra un elettrodo carico. "Ero solo curioso di sapere come si sarebbero comportate le particelle nel tempo se avessi impostato i parametri della camera a una bassa pressione del gas, consentendo loro di muoversi liberamente, " dice Gogia. "Dopo pochi minuti ho potuto vedere ad occhio nudo che si comportavano in modo strano."

Da qualsiasi punto compreso tra decine di secondi e minuti, le particelle passerebbero dal muoversi di pari passo, o una struttura rigida, allo stato di gas fuso. Era sorprendente perché le particelle non si stavano semplicemente sciogliendo e ricristallizzando, ma andavano avanti e indietro tra i due stati.

"Immagina di lasciare una vaschetta di ghiaccio sul bancone a temperatura ambiente, — dice Gogia. — Non ti stupiresti se si sciogliesse. Ma se tieni il ghiaccio sul bancone, saresti scioccato se continuasse a trasformarsi di nuovo in ghiaccio e a sciogliersi di nuovo."

Gogia condusse esperimenti per confermare e quantificare il fenomeno. I risultati potrebbero servire come un semplice modello per lo studio delle proprietà emergenti nei sistemi senza equilibrio.

"Il passaggio è una parte onnipresente del nostro mondo fisico, "Dice Burton. "Niente rimane in uno stato stazionario a lungo, dal clima terrestre ai neuroni nel cervello umano. Capire come cambiano i sistemi è una questione fondamentale in fisica. Il nostro modello elimina la complessità di questo comportamento, fornendo gli ingredienti minimi necessari. Che fornisce una base, un punto di partenza, per aiutare a capire i sistemi più complessi."