"Kristályosodó" acélgolyók



A szemcsés anyagok (például a só, a homok, a cukor, a különféle magvak vagy a fémgolyók) az anyagnak egy különleges, "talányos" halmazállapotát képviselik. (Lásd lapunk 1997. évi 51. számát. – A szerk.) Bizonyos tulajdonságaik a szilárd testekre jellemzők (alkotóelemeik kétségkívül szilárdak), mások inkább a folyadékokra hasonlítanak (szórhatók és önthetők), megint mások az ideális gázokra (részecskéik nagymértékben függetlenek egymástól) emlékeztetnek, ám teljesen egyéni viselkedésük valamennyi halmazállapottól különbözik.
Hőmérséklet-változásra igen tág határok közt látszólag teljesen érzéketlenek. A szemcsék fagyasztása vagy felforrósítása nem változtatja meg a szemcsesokaság viselkedését. Az egyes szemcsék termikus energiája ugyanis alig billiomodrésze annak az energiának, amely két szemcse egymáshoz viszonyított elmozdításához szükséges.
Jeffrey Olafsen és Jeffrey Urbach, a Georgetown Egyetem kutatói magát a hőmérséklet-változást próbálták a mozgási energia változtatásával modellezni. Egy sík, vízszintes lapon több ezer apró acélgolyót terítettek szét, majd a síkot függőlegesen, ütemesen mozgatták. A "szemcsehőmérsékletet" (azonos frekvencia mellett) a kitérés nagyságával értelmezték: meghatározásuk szerint a részecskesokaság az amplitúdó növelésével "melegíthető", míg a rázás amplitúdójának csökkentésével "hűthető". A kísérletek során megfigyelték, hogy amikor a "szemcsehőmérséklet" egy kritikus érték alá csökkent, a golyócskák kezdtek csomókba összeállni. További "hűtés" hatására a golyócskák egy része olyan egybefüggő egységbe "kristályosodott", amely újabb rázással már nem változott, jóllehet a kívül maradt golyócskák tovább pattogtak körülötte.
A szemcsék anyagok keveredési, önthetőségi és egyéb fizikai tulajdonságai nem csupán számos ipari alkalmazásban (például ételszínezékek, porfestékek, gyógyszerek gyártásában), hanem tudományos alapkutatásokban is fontos szerepet játszanak. A kutatók a szemcsés anyagok viselkedésének feltárásától várják például olyan természeti jelenségek jobb megértését is, amelyekben sok azonos "részecske" (atomok, baktériumok, galaxisok) kapaszkodik össze egyetlen, közös törvényszerűségekkel leírható sokasággá. (Physical Review Letters)