Специалисты из Массачусетского университета в Амхерсте выявили аномальное физическое явление, которое ставит под сомнение общепринятые представления, основанные на принципах термодинамики. Данное открытие, осуществленное под руководством аспиранта-физика Энтони Райха, зафиксировано в научной публикации, опубликованной в журнале Nature Physics, и касается жидкости, демонстрирующей способность «самовосстановления» формы — после перемешивания она неожиданным образом приобретает определенную геометрическую структуру.

В качестве исходных компонентов выступили вода, масло и намагниченные частицы никеля. Как правило, для достижения однородности таких смесей требуется эмульгирование – процесс, подчиняющийся законам термодинамики. Однако в данном случае наблюдалось отклонение от нормы: после перемешивания смесь не только расслаивалась, как можно было предположить, но и формировала повторяющуюся и весьма стабильную структуру, визуально напоминающую изгибы греческой вазы. Примечательно, что эта форма воспроизводилась многократно, вне зависимости от интенсивности перемешивания.

Данное поведение привлекло интерес исследовательской группы из Департамента полимерных наук и инженерии UMass Amherst, в состав которой вошли профессора Томас Рассел и Дэвид Хоугланд – эксперты в области мягких материалов. В сотрудничестве с коллегами из Университета Тафтса и Сиракузского университета они провели компьютерное моделирование и ряд экспериментов для выяснения причин возникновения этого явления.

Причина этого явления заключается в воздействии магнитного поля. В нормальных обстоятельствах добавленные в смесь масла и воды частицы уменьшают поверхностное натяжение, что способствует образованию эмульсии. Однако в рассматриваемом случае сильная намагниченность частиц никеля привела к обратному эффекту: она увеличила натяжение на границе раздела фаз. Этот рост межфазного натяжения не только препятствовал смешиванию жидкостей, но и спровоцировал перестройку структуры смеси, заставляя её принять ровную и симметричную форму.

На уровне микроскопии магнитные наночастицы функционировали как своего рода подвижная структура, точно выстраиваясь для повторного создания этой необычной конфигурации. Данное магнитогидродинамическое взаимодействие противоречит стандартным механизмам эмульгирования, описываемым термодинамикой, что демонстрирует потенциальную возможность обхода её принципов в определенных ситуациях, не отменяя их полностью.

Несмотря на отсутствие непосредственных практических применений этого явления на текущий момент, ученые считают, что оно может быть полезно для изучения мягких материалов и создания новых самоорганизующихся веществ.

Как отметил Томас Рассел: «Столкнувшись с тем, что кажется невозможным, необходимо провести тщательное исследование. ».