Ученые открыли новую силу природы

Ученые из Оксфордского университета опровергли один из фундаментальных принципов физики, доказав, что частицы с одинаковым зарядом могут притягиваться на больших расстояниях. Исследование, опубликованное в журнале Nature Nanotechnology , показывает, что взаимодействие между одноименными зарядами зависит от растворителя, в котором они находятся.

Команда ученых из Отдела химии Оксфордского университета обнаружила, что отрицательно заряженные частицы притягиваются друг к другу на больших расстояниях, в то время как положительно заряженные частицы отталкиваются. Однако в растворителях, таких как алкоголи, наблюдалась обратная зависимость.

Эти результаты ставят под сомнение долгое время принимаемые убеждения и имеют значительные последствия для процессов, включающих взаимодействия между частицами и молекулами на различных масштабах, таких как самосборка, кристаллизация и фазовое разделение.

В ходе экспериментов с использованием светлопольной микроскопии исследователи наблюдали, как отрицательно заряженные микрочастицы силиката в воде притягивались друг к другу, формируя кластеры с шестиугольной структурой. Положительно заряженные аминированные частицы силиката в воде таких кластеров не образовывали.

Было установлено, что для отрицательно заряженных частиц в воде притягивающая сила преобладает над электростатическим отталкиванием на больших расстояниях, что и приводит к формированию кластеров. Для положительно заряженных частиц в воде взаимодействие всегда остается отталкивающим, и кластеры не формируются.

Кроме того, было обнаружено, что данный эффект зависит от pH среды: ученые смогли контролировать формирование (или отсутствие) кластеров для отрицательно заряженных частиц, изменяя pH. В случае с положительно заряженными частицами кластеры не формировались независимо от pH.

Изменяя растворитель на алкоголи, например, этанол, который ведет себя по-другому по сравнению с водой, исследователи смогли заставить положительно заряженные частицы формировать кластеры, в то время как отрицательно заряженные частицы этого не делали.

Это открытие требует переосмысления основных принципов и может влиять на понимание процессов от стабильности фармацевтических и химических продуктов до патологических нарушений, связанных с молекулярной агрегацией в человеческом организме.

Профессор Мадхави Кришнан, возглавляющая исследовательскую группу, выразила гордость за своих аспирантов и студентов-бакалавров, которые внесли значительный вклад в это фундаментальное открытие. Сида Ванг, один из авторов исследования, поделился восхищением от наблюдаемого притяжения частиц, несмотря на многократное его видение.