Wetenschappers van de theoretische instituten, De Chinese Academie van Wetenschappen en het Cybermediacentrum van de Universiteit van Osaka hebben uitgebreide computersimulaties uitgevoerd om willekeurige pakketten van bollen te genereren en te onderzoeken. Ze laten zien dat de "jamming" overgang, waarin een vrij stromend materiaal vast komt te zitten, komt voor met universele kenmerken ondanks de diversiteit van hun details. Dit werk kan licht werpen op de fysica van amorfe materialen en optimalisatieproblemen in de informatica die nauw verband houden met de wiskunde van bolverpakkingen.

Hoeveel sinaasappels passen er in een bolvormige kom? Deze schijnbaar prozaïsche vraag leidt eigenlijk tot een fascinerend onderwerp van efficiënte verpakkingstheorie en het concept van 'jamming'. Hoewel bekend is dat bollen regelmatig kunnen worden verpakt tot maximaal 74% van het volume, de overeenkomstige limiet voor willekeurige verpakkingen wordt geschat op ongeveer 64%, maar dit is niet bewezen. De oplossing is gerelateerd aan het vermogen van bepaalde zachte materie materialen, inclusief zand, colloïde, schuim, of polymeren vastlopen door compressie of afschuiving. Je kunt zelf experimenteren met een doos ontbijtgranen die plotseling stopt met gieten.

Nutsvoorzieningen, het team gebruikte gesimuleerde verzamelingen wrijvingsloze bollen op supercomputers en ontdekte dat vastgelopen toestanden kunnen worden verkregen door compressie of door afschuiving in een breed scala aan dichtheden groter dan 64% en met een breed scala aan anisotropieën. Ze vonden, de diverse vastgelopen toestanden staan ​​allemaal op de rand van mechanische stabiliteit en vertonen dezelfde kritische eigenschappen. "We hebben aangetoond dat wrijvingsloze pakkingen met compressie en afschuiving kunnen worden beschreven onder een uniform raamwerk, " zegt eerste auteur Yuliang Jin. Dit impliceert dat de marginale stabiliteit de robuuste, sleutelmechanisme dat ten grondslag ligt aan het vastlopen.

In dit onderzoek, het coördinatiegetal verwijst naar het aantal buren dat een bol heeft. Het team toonde aan dat plots van het coördinatiegetal op verschillende afstanden op dezelfde curve instorten, ongeacht de deeltjesdichtheid van de vastgelopen toestanden. "De dichtste pakking van bollen vertegenwoordigt een unieke structuur. willekeurige verpakking, zoals bij de atomen in een glas, kan leiden tot arrangementen met verschillende dichtheden, afhankelijk van de toegepaste methode van compressie en afschuiving, " zegt senior auteur Hajime Yoshino. Dit onderzoek, die licht werpt op het efficiënt verpakken van vaste voorwerpen, kan leiden tot nieuwe ideeën voor de industriële productie van brillen, schuimen, en andere storingsgevoelige materialen.