Onderzoekers hebben lang nagedacht over de oorsprong van delicate kriskras gefacetteerde patronen die vaak worden aangetroffen op de oppervlakken van gebroken materiaal. Typische scheursnelheden in glas overschrijden gemakkelijk een kilometer per seconde, en gebroken oppervlaktekenmerken kunnen veel kleiner zijn dan een millimeter. Aangezien de vorming van een oppervlaktestructuur slechts een fractie van een seconde duurt, de processen die deze patronen genereren zijn grotendeels een mysterie geweest.

Nu is er een manier om dit probleem te omzeilen. Door hard glas te vervangen door zachte maar brosse gels is het mogelijk om de scheuren die breuk veroorzaken te vertragen tot slechts enkele meters per seconde. Deze nieuwe techniek heeft onderzoekers Itamar Kolvin in staat gesteld, Gil Cohen en prof. Jay Fineberg, aan het Racah Institute of Physics van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem, om de complexe fysieke processen die plaatsvinden tijdens breuk in microscopisch detail en in realtime te ontrafelen.

Hun werk werpt een nieuw licht op de vorming van gebroken oppervlaktepatronen. Door trappen begrensde oppervlaktefacetten worden gevormd door een speciale "topologische" opstelling van de scheur die niet gemakkelijk ongedaan kan worden gemaakt, zoals een knoop langs een touwtje niet kan worden ontrafeld zonder de hele lengte van het touwtje erdoorheen te trekken.

Deze "scheurknopen" vergroten het oppervlak gevormd door een scheur, waardoor een nieuwe locatie wordt gecreëerd voor het afvoeren van de energie die nodig is voor materiaalfalen, en daardoor materialen moeilijker te breken maken.

"De complexe oppervlakken die gewoonlijk op elk gebroken object worden gevormd, zijn nooit helemaal begrepen, " zei Prof. Jay Fineberg. "Hoewel een scheur perfect vlak kan vormen, spiegelachtige breukvlakken (en soms ook), over het algemeen zijn complexe gefacetteerde oppervlakken de regel, hoewel ze veel meer energie nodig hebben om te vormen. Deze studie belicht hoe zulke mooie en ingewikkelde patronen ontstaan ​​in het breukproces, en waarom de scheur zich niet van ze kan ontdoen als ze eenmaal zijn gevormd."

Dit fysiek belangrijke proces biedt een esthetisch voorbeeld van hoe natuurkunde en wiskunde met elkaar verweven zijn om ingewikkelde en vaak onverwachte schoonheid te creëren. Het onderzoek verschijnt in Natuurmaterialen .