Un banc de poissons, un essaim d'insectes et des volées d'oiseaux. De nouvelles recherches montrent qu'à son niveau le plus élémentaire, ce comportement de groupe forme un nouveau type de matière active appelée état vortex.
La deuxième loi du mouvement de Newton, qui stipule que lorsque la force appliquée à un objet augmente, son accélération augmente et que la masse de l'objet augmente, son accélération diminue - s'applique à la matière passive et inanimée, des atomes aux planètes.
«Mais l'essentiel de la matière dans le monde est de la matière active et se déplace sous l'influence de sa propre force auto-dirigée», déclare Nikolai Brilliantov, mathématicien à l'Institut Skolkovo des Sciences et de la Technologie en Russie et à l'Université de Leicester en Angleterre. . «Les êtres vivants aussi divers que les bactéries, les oiseaux et les humains peuvent interagir avec les forces agissant sur eux.
Il existe également des exemples de matière active inanimée. Les nanoparticules, appelées «particules Janus», sont composées de deux faces aux propriétés chimiques différentes. L'interaction entre les deux côtés crée un mouvement autopropulsé .
Pour étudier la matière active, Brillianty et ses collègues ont utilisé un ordinateur pour simuler des particules qui pouvaient se déplacer d'elles-mêmes. Ces particules n'ont pas délibérément interagi avec l'environnement, a déclaré Diamonds à Live Science. Ils ressemblaient plutôt à de simples bactéries ou nanoparticules avec des sources d'énergie internes mais sans capacités de traitement de l'information.
La première surprise a été que cette matière active se comporte très différemment de la matière passive. Selon Brilliantov, différents états de la matière passive peuvent coexister. Par exemple, un verre d'eau liquide peut s'évaporer progressivement dans un état gazeux, mais de l'eau liquide reste. La matière active, en revanche, ne coexistait pas dans des phases différentes; tout était solide, liquide ou gazeux.
Les particules étaient également regroupées en gros conglomérats ou quasi-particules, qui formaient un motif circulaire autour du centre vide, une sorte de tourbillon tourbillonnant de sardines. Les chercheurs ont appelé ces conglomérats de particules «vortex» et le nouvel état de la matière ils ont formé «l'état vortex».
Dans cet état de vortex, les particules affichent un comportement étrange. Par exemple, ils ont violé la deuxième loi de Newton: lorsqu'une force leur était appliquée, ils n'accéléraient pas.
«[Ils] se déplacent simplement à une vitesse constante, ce qui est absolument incroyable», a déclaré Brillianty.
Selon lui, la simulation était basique et le travail expérimental avec une substance active réelle est la prochaine étape importante. Brillianty et ses collègues prévoient également de réaliser des simulations plus sophistiquées en utilisant des particules de substance active capables de traiter des informations. Ils ressembleront à plus d'insectes et d'animaux et aideront à découvrir les lois physiques régissant le mouvement des bancs de poissons ou l'essaimage d'insectes. Selon Brilliantov, l'objectif final est de créer des matériaux auto-assemblés à partir de la substance active, ce qui rend important la compréhension des phases de ce type de matière.
«Il est très important que nous voyions la nature de la substance active», qui est beaucoup plus riche que la nature de la substance passive, - a-t-il résumé.
Les détails de l'étude ont été publiés dans des rapports scientifiques.