In recente jaren, actief, zelfrijdende deeltjes hebben een groeiende belangstelling gekregen van de wetenschappelijke gemeenschap. Voorbeelden van actieve deeltjes en hun systemen zijn talrijk en zeer divers, variërend van bacteriefilms tot zwermen vogels of mensenmassa's. Deze systemen kunnen ongewoon gedrag vertonen, wat een uitdaging is om te begrijpen of te modelleren.

Hiertoe, grootschalige modellen van actieve deeltjes werden onder de loep genomen door experts van Leicester, om de basisprincipes van actieve deeltjesdynamiek te begrijpen en deze toe te passen in een scenario van een evacuatiestrategie voor klanten op een drukke plaats. Onverwacht, de 'superdeeltjes' die in een cirkelvormige beweging frezen, werden ontdekt door de natuurkundigen van Leicester, die het fenomeen vervolgens 'wervelend' noemden.

De 'swirlon' - een nieuwe staat van actieve materie - vertoonde een verbluffend gedrag waarbij in plaats van met versnelling te bewegen, de quasi-deeltjesgroepen bewogen met een constante snelheid, evenredig met de uitgeoefende kracht en in dezelfde richting van de kracht. Dit gedrag schendt schijnbaar de wet van de tweede Newton, momenteel onderwezen op middelbare scholen in het VK.

Professor Nikolai Brilliantov, die het onderzoek leidde aan de Universiteit van Leicester, zei:"We waren volledig verbijsterd om te zien hoe deze quasi-deeltjes wervelen in actieve materie, zich gedragen als individuele superdeeltjes met verrassende eigenschappen, waaronder niet bewegen met versnelling wanneer er kracht wordt uitgeoefend, en bij een botsing samenvloeien om wervelingen met een grotere massa te vormen.

"Deze patronen zijn eerder waargenomen voor dieren in verschillende evolutiestadia, variërend van plant-dierwormen en insecten tot vissen, maar eerder als enkelvoudige structuren, niet als een fase die grenst aan andere fasen, die lijken op gasvormige en vloeibare fasen van 'normale materie'."

Professor Ivan Tyukin, Directeur van Onderzoek in Toegepaste Wiskunde zei:"Het is altijd spannend om te overwegen ons begrip van nieuwe fenomenen en hun leidende fysieke principes te verdiepen. Wat we tot nu toe weten, is zoveel minder dan wat er te weten valt. Het fenomeen van de 'swirlon' is een deel van het topje van de ijsberg van verborgen kennis. Het laat ons achter met de eeuwige vraag:'wat weten we nog meer niet'?"

De wereld van actieve deeltjes heeft veel praktische toepassingen, waaronder op de allernieuwste gebieden van kunstmatige intelligentie, ruimtegegevens en robotica. Aangezien een van de mogelijke praktische toepassingen van actieve deeltjes zelfassemblage zou kunnen zijn, experts van de Universiteit van Leicester zijn het erover eens dat het essentieel is dat natuurkundigen blijven aandringen op ontdekkingen op basis van simulatiewerk. Dit zorgt ervoor dat in het echte leven, materialen, stoffen en groepen werken op een manier die betrouwbaar is, verwacht en voorspelbaar, zonder onvermijdelijke onzekerheden.

De studie is gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .