تدور بسرعة

تمتلك الأجسام الدوارة خاصية تسمى الزخم الزاوي، والتي تقيس ميلها إلى الاستمرار في الدوران.

العديد من قمم الغزل التي تدور على مسافة قريبة سوف تصطدم ببعضها البعض في وقت قصير وتتوقف عن الدوران. لكن وفقًا لقوانين الفيزياء، إذا دارت العديد من دواليب الهواء معًا، بنفس الطريقة تمامًا، وبسرعة عالية جدًا، فستحدث ظاهرة أخرى، في المرحلة الأولى: قد تدخل في حركة دورانية مشتركة وموحدة حول مركز مركزي. نقطة. إن محاولة خلق هذه الظاهرة باستخدام الدوامات غير عملية، لكن دراسة أجراها علماء من معهد وايزمان للعلوم تظهر أنه من الممكن القيام بذلك عندما يكون مكان الدوامات مملوءا بجزيئات الغاز. مثل هذا التدفق الدوار للجزيئات - وهو نوع من دوامة الغاز - قد يكون له العديد من التطبيقات في الطب الحيوي وعلم النانو.

تمتلك الأجسام الدوارة خاصية تسمى الزخم الزاوي، والتي تقيس ميلها إلى الاستمرار في الدوران. قبل عدة سنوات، اقترح البروفيسور إيليا أبيربوخ والبروفيسور ياخيم بريور، وأعضاء مجموعتهم من قسم الفيزياء الكيميائية في كلية الكيمياء في معهد وايزمان للعلوم، أنه من الممكن التأثير على الزخم الزاوي للجزيئات عن طريق نبضات قصيرة جدًا (نبضات) من أشعة الليزر. في مختبر البروفيسور بريور، يتم استخدام أشعة الليزر "لإطلاق" نبضات لا تزيد مدتها عن 50 فيمتوثانية (الفيمتو ثانية هي جزء من مليون من مليار من الثانية). تتسبب نبضات الليزر القصيرة هذه في دوران مجموعات من الجزيئات في اتجاه واحد.

أراد طالب البحث أوري ستاينيتز، من مجموعة البروفيسور أبيربوخ، معرفة ما يحدث بعد ذلك، عندما تستمر الحركة الدورانية: هل تتصادم الجزيئات مع بعضها البعض، مثل القمم الدوارة، وإذا كان الأمر كذلك، فكيف يؤثر ذلك على دورانها؟ تنص قوانين الفيزياء على أن الزخم الزاوي يظل محفوظًا دائمًا في النظام. وعندما تصطدم الجزيئات الدوارة ببعضها البعض، تقل سرعة دورانها، ويصبح محور الدوران عشوائيا. ومع ذلك، ينبغي الحفاظ على الزخم الزاوي الإجمالي لجميع هذه العناصر. السؤال هو: أين بالضبط؟

ولمعرفة الإجابة على ذلك، استخدم العلماء نظام الغاز المضغوط، حيث تدور جميع الجزيئات في اتجاه واحد، وحسبوا ما يحدث عندما تعود الجزيئات وتتصادم مع بعضها البعض.

وهكذا أصبح من الواضح أنه بعد عدد معين من الاصطدامات، "فُقد" الزخم الزاوي للجزيئات الفردية، لكنه "ظهر مرة أخرى" في النظام، على نطاق أوسع: بدأت جزيئات الغاز في النظام تدور معًا في دوامة حول نقطة مركزية. وقد يتجاوز حجم الدوامة مليون مرة حجم الجزيء الواحد، وقد يصل معدلها نظريا إلى عشرات أو حتى مئات الآلاف من الدورات في الثانية. وبينما يتبدد الزخم الزاوي تدريجيًا داخل النظام، تمكنت النبضات المتكررة من أشعة الليزر من الحفاظ على حركة الغاز المثيرة.

توضح هذه النتائج مبدأ يتم ملاحظته عادة في الأنظمة الأكبر بكثير: العواصف القوية، مثل الأعاصير، تبدأ كسلسلة من الدوامات الصغيرة، وتتصادم مع بعضها البعض، وتتراكم في دوامة كبيرة وموحدة.

قد تكون الدوامات الجزيئية مفيدة كوسيلة للتحكم في الجسيمات المختلفة. عندما تدور الدوامة، يسحب زخمها الجزيئات القريبة إلى مسارها. ولعل من الممكن استخدام هذه الميزة كجهاز لتحريك الجزيئات الصغيرة (مثل الجزيئات البيولوجية التي قد تؤدي حركتها المباشرة عن طريق شعاع الليزر إلى الإضرار بها)، دون ملامستها مباشرة. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون من الممكن في المستقبل تشغيل أجهزة ميكروفلويديك، والتي تستخدم في البحوث الطبية الحيوية وصناعة الأدوية.