منوعات

من الفوضى إلى النظام: الطيور في قطعان والجزيئات “الدوارة”.

أثبت الباحثون كازواكي تاكاسان وكيوغو كاواجوتشي من جامعة طوكيو مع كيوسوكي أداتشي من معهد RIKEN، أكبر معهد للأبحاث الشاملة في اليابان، أن المغناطيسية الحديدية، وهي حالة منظمة للذرات، يمكن تحفيزها عن طريق زيادة حركة الجسيمات وأن قوى التنافر بين الذرات كافية للحفاظ عليه. هذا الاكتشاف لا يوسع مفهوم المادة النشطة ليشمل الأنظمة الكمومية فحسب، بل يساهم أيضًا في تطوير تقنيات جديدة تعتمد على الخصائص المغناطيسية للجسيمات، مثل الذاكرة المغناطيسية والحوسبة الكمومية. ونشرت النتائج في المجلة أبحاث الفحص البدني.

رحلات الطيور وأسراب البكتيريا وتدفقات الخلايا. هذه كلها أمثلة على المادة النشطة، وهي حالة تقوم فيها العوامل الفردية، مثل الطيور أو البكتيريا أو الخلايا، بتنظيم نفسها ذاتيًا. ينتقل الوكلاء من حالة الفوضى إلى حالة النظام فيما يسمى “مرحلة الانتقال”. ونتيجة لذلك، فإنها تتحرك معًا بطريقة منظمة دون الحاجة إلى وحدة تحكم خارجية.

يقول تاكاسان، المؤلف الأول: “لقد أظهرت الدراسات السابقة أن مفهوم المادة النشطة يمكن تطبيقه على نطاق واسع من المقاييس، من النانومترات (الجزيئات الحيوية) إلى الأمتار (الحيوانات).” “ومع ذلك، فمن غير الواضح ما إذا كان من الممكن تطبيق فيزياء المادة النشطة بشكل مفيد على النظام الكمي. لقد أردنا سد هذه الفجوة.”

لسد هذه الفجوة، احتاج الباحثون إلى توضيح الآلية المحتملة التي يمكن أن تحفز وتحافظ على حالة منظمة في النظام الكمي. لقد كان عملاً تعاونيًا بين الفيزياء والفيزياء الحيوية. وقد استلهم الباحثون من ظاهرة أسراب الطيور، لأنه بفضل نشاط كل عامل، يتم تحقيق الحالة المنظمة بسهولة أكبر من الأنواع الأخرى من المادة النشطة. لقد أنشأوا نموذجًا نظريًا تحاكي فيه الذرات بشكل أساسي سلوك الطيور. في هذا النموذج، عند زيادة حركة الذرات، قامت القوى التنافرية بين الذرات بإعادة ترتيبها إلى حالة منظمة تسمى المغناطيسية الحديدية. في الحالة المغناطيسية الحديدية، تصطف السبينات والزخم الزاوي للجسيمات والنوى دون الذرية في اتجاه واحد، تمامًا كما تواجه الطيور في القطعان نفس الاتجاه عندما تطير.

“في البداية، كان من المدهش أن نجد أن النظام يمكن أن ينشأ دون تفاعلات معقدة بين العناصر في النموذج الكمي،” هذا ما يفكر فيه تاكاسان. “لقد كان مختلفًا عما توقعناه بناءً على النماذج الفيزيائية الحيوية.”

اتخذ الباحث منهجًا متعدد الأوجه للتأكد من أن اكتشافه لم يكن مجرد صدفة. ولحسن الحظ، كانت نتائج عمليات المحاكاة الحاسوبية، ونظرية المجال المتوسط، ونظرية الجسيمات الإحصائية، والبراهين الرياضية المبنية على الجبر الخطي، كلها متسقة. وقد عزز هذا من موثوقية نتائجهم، وهي الخطوة الأولى في خط جديد من الأبحاث.

يوضح تاكاسان: “لقد بدأ امتداد المادة النشطة إلى العالم الكمي مؤخرًا فقط، ولا تزال العديد من الجوانب مفتوحة”. “نود مواصلة تطوير نظرية المادة النشطة الكمومية والكشف عن خصائصها العالمية.”

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى