Patrones asimétricos de fuerzas simétricas

Una fuerza de interacción esféricamente simétrica entre partículas puede ser la causa de la auto-unión en un sorprendentemente simétrico patrón (quiral) de dos dimensiones, de acuerdo con nuevas simulaciones.

Uno de los puzzles básicos de la ciencia es por qué la quiralidad, la falta de simetría especular, es tan común en la naturaleza, a pesar de la simetría en las leyes y partículas fundamentales. Un equipo de investigación ha descubierto que los sistemas quirales puede emerger espontáneamente incluso en condiciones iniciales extremadamente simétricas.

La quiralidad en la biología tiene lugar por ejemplo en el ADN, una hélice que gira en sentido horario, pero incluso la física básica muestra quiralidad. La fuerza nuclear débil distingue entre lo que los físicos llaman partículas zurdas y diestras, la imagen especular de una partícula interactúa de forma diferente que la original.

Los sistemas multipartes a menudo muestran quiralidad, y los investigadores saben desde hace tiempo que los bloques de construcción asimétricos pueden dar lugar a fenómenos de quiralidad. Pero ahora, en la Universidad de Gotenburgo, han creado el sistema más simple jamás construido que de forma espontánea se torna quiral. Se ha mostrado que partículas puntuales, actuando bajo fuerzas esféricas simétricas pueden formar un patrón quiral bidimensional.

Hay varios patrones de puntos bidimensionales periódicos simples que carecen de simetría especular. El equipo de investigación eligió uno donde los triángulos resultantes de conectar los puntos eran escalenos, con tres lados distintos. A continuación usaron una técnica matemática previamente desarrollada para, dado un patrón de partículas, encontrar una ley de fuerzas que genere el patrón. Cada partícula interactúa con el resto de acuerdo con esta ley de fuerza, la cual depende solo de la distancia entre partículas, y es por tanto, la misma en todas direcciones. También se añadieron las energías de interacción entre todas las otras parejas para dar con la energía total del sistema. Esta técnica garantiza que esta energía está al mínimo cuando se aplica la ley de fuerza resultante al patrón.

A pesar de que simular experimentalmente dicha ley de fuerza en un laboratorio es complicado, los resultados son excitantes, ya que la idea de diseños quirales que se forman a partir de bloques de construcción no quirales no es tan obvio y puede aportar un par de trucos al campo del diseño predictivo, que busca construir materiales útiles desde cero. Sería como lanzar una masa informe a un cubo y poder obtener lo que uno desea.

Via physics.aps