'Cardumes' de nanopartículas revelam novo estado de matéria

Um novo estado de matéria, gerado por comportamentos coletivos de partículas semelhantes aos apresentados por algumas espécies vivas, foi descoberto por Nikolai Brilliantov, matemático do Skolkovo Institute of Science and Technology, na Rússia, ampliando uma área da ciência que raramente ganha contornos inéditos.

De acordo com a Segunda Lei de Newton, "a força resultante que atua sobre um corpo é proporcional ao produto da massa pela aceleração por ele adquirida." Sendo assim, um objeto se move mais rápido ou mais devagar ao receber um "empurrão" dependendo das características que possui.

Entretanto, ressalta Brilliantov, grande parte da matéria do mundo é ativa e age sob suas próprias condições. Bactérias, pássaros, peixes e humanos, por exemplo, são capazes de dialogar com aquilo que os afeta. Aliás, o mesmo pode ocorrer com elementos não vivos.

Nesta categoria encontram-se nanopartículas conhecidas como "partículas de Janus", compostas de dois lados com propriedades químicas diferentes, o que as possibilita empreender movimentos além do alcance daquelas que são passivas às forças da natureza.

Para entenderem um pouco mais sobre as pequeninas, Brilliantov e sua equipe, então, decidiram aplicá-las a modelos computacionais. Foi aí que tiveram uma surpresa.

A partir das análises realizadas pelos pesquisadores, verificou-se que, apesar de não interagirem conscientemente com o meio ambiente, nanopartículas ativas atuaram como bactérias ou exemplares com fontes internas de energia sem habilidades de processamento de informações, resultando no "estado de cardume", em tradução livre.

Segunda Lei de Newton é inexorável, porém depende.Fonte:  Reprodução 

"Ninguém manda em mim"

Primeiramente, explicam os cientistas, na matéria passiva, diferentes estados podem coexistir. Mesmo que a água de um copo evapore e se torne gasosa aos poucos, exemplificam, a que fica para trás ainda é líquida. Por outro lado, com a matéria ativa, isso não ocorre. Ela é toda líquida, toda sólida ou toda gasosa, sem meio-termo.

Além disso, complementam, essas nanopartículas se agrupam em grandes conglomerados – ou quasipartículas –, que se misturam em um padrão circular em torno de um vazio central, como um redemoinho de sardinhas. A ideia de batizar essas configurações de "cardumes" e aquilo que formam "estado de cardume" veio justamente desse cenário.

Pensa que a novidade se curva às regras tradicionais? De jeito algum. No estado de turbulência citado, as partículas violam a Segunda lei de Newton, deixando de acelerar sob a aplicação de uma força e mantendo o rumo no mesmo ritmo que seguiam antes da intervenção.

"Simplesmente se movem com uma velocidade constante, o que é absolutamente surpreendente", destaca Brilliantov.

Cardumes, enxames e bandos de pássaros manifestam comportamentos semelhantes.Fonte:  Pixabay 

Da teoria à prática

Publicados no periódico Scientific Reports em outubro de 2020, os resultados alcançados dizem respeito a simulações básicas. Por isso, o matemático e sua equipe pretendem criar modelos mais complexos, inserindo, também, partículas de matéria ativa com capacidade de processamento de informações, mais parecidas com insetos, que podem auxiliar no aprofundamento do que rege aglomerações do tipo.

"É muito importante que vejamos que a natureza da matéria ativa" é muito mais rica do que a da matéria passiva, defende Nikolai, que não descarta, por fim, a criação de materiais automontáveis.