एक नया अध्ययन सक्रिय कणों के व्यवहार का पता लगाता है जिनकी गति दिशा के साथ बदलती रहती है। उन्होंने पाया कि कणों ने अंदर और बाहर कणों के निरंतर प्रवाह के साथ गैर-गोलाकार झुंड का निर्माण किया। अनुसंधान में कण संयोजन के संभावित नियंत्रण के निहितार्थ हैं, जिसमें प्रोग्रामयोग्य पदार्थ के निर्माण और चिकित्सा प्रौद्योगिकी में प्रगति के निहितार्थ हैं।
शोधकर्ताओं ने कणों से बनी प्रणालियों में पहले से अज्ञात भौतिक प्रभावों की खोज की है जिनकी प्रणोदन गति उस दिशा पर निर्भर करती है जिसमें वे आगे बढ़ रहे हैं।
स्व-चालित कणों (यानी सक्रिय कणों) पर केंद्रित अनुसंधान का क्षेत्र तेजी से बढ़ रहा है। अधिकांश सैद्धांतिक मॉडलों में, इन कणों को निरंतर तैराकी गति बनाए रखने के लिए माना जाता है। हालाँकि, यह धारणा कई प्रयोगात्मक रूप से उत्पादित कणों के लिए सच नहीं है, जैसे कि चिकित्सा अनुप्रयोगों में अल्ट्रासाउंड द्वारा संचालित, जिनकी प्रणोदन गति दिशा के साथ बदलती रहती है।
मुंस्टर विश्वविद्यालय के प्रोफेसर राफेल विटकोव्स्की और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के प्रोफेसर माइकल केट्स के नेतृत्व में भौतिकविदों की एक टीम ने यह पता लगाने के लिए एक सहयोगात्मक अध्ययन किया कि यह दिशा-निर्भर गति कण प्रणालियों के व्यवहार को कैसे प्रभावित करती है, खासकर समूहों के निर्माण में।
उन्होंने अभिविन्यास-निर्भर वेग के साथ सक्रिय कण प्रणालियों के नए प्रभावों को प्रकट करने के लिए सैद्धांतिक विश्लेषण के साथ कंप्यूटर सिमुलेशन को जोड़ा। शोध के नतीजे हाल ही में फिजिकल रिव्यू लेटर्स जर्नल में प्रकाशित हुए थे।
भौतिकी के दृष्टिकोण से, यह दिलचस्प है कि कई सक्रिय कणों से बनी प्रणालियाँ अनायास ही क्लस्टर बना सकती हैं - भले ही व्यक्तिगत कण एक-दूसरे के प्रति बिल्कुल भी आकर्षित न हों। अनुरूपित कणों की गति को मापने के दौरान, शोधकर्ताओं ने एक विशेष रूप से आश्चर्यजनक परिणाम खोजा।
मुंस्टर विश्वविद्यालय में सैद्धांतिक भौतिकी संस्थान के पहले लेखक डॉ. स्टीफ़न ब्रोकर बताते हैं: "आम तौर पर, सांख्यिकीय औसत से, ऐसे क्लस्टर में कण वहीं रहते हैं जहां वे हैं। इस कारण से, हमने उम्मीद की थी कि यहां भी ऐसा ही होगा। लेकिन वास्तव में, भौतिकविदों ने कुछ और पाया: कण लगातार क्लस्टर के एक तरफ से बाहर और दूसरे से वापस जा रहे हैं, जिससे कणों का एक स्थायी प्रवाह बन रहा है।"
"सामान्य" स्थिति से एक और अंतर है: सक्रिय कण प्रणालियों में बनने वाले कण समूह आमतौर पर गोलाकार होते हैं। हालाँकि, अध्ययन किए गए कणों के बीच, क्लस्टर का आकार इस बात पर निर्भर करता है कि कण का अभिविन्यास उसकी प्रणोदन गति को कितना प्रभावित करता है - जिसे प्रयोगकर्ता द्वारा निर्दिष्ट किया जा सकता है।
सह-प्रथम लेखक डॉ. जेन्स बिकमैन बताते हैं: "कम से कम सिद्धांत रूप में, हम कणों को अपनी इच्छानुसार किसी भी आकार में व्यवस्थित कर सकते हैं।"
"हम उनके साथ पेंटिंग कर सकते हैं, ऐसा कहा जा सकता है।" सिमुलेशन में, शोधकर्ताओं ने अंडाकार, त्रिकोण और वर्ग देखे। "विटकोवस्की के समूह से डॉ. माइकल टवेरुगट भी अध्ययन के सह-लेखक हैं। तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए - उदाहरण के लिए, प्रोग्राम करने योग्य पदार्थ प्राप्त करने के लिए, कणों के खुद को इकट्ठा करने के तरीके को नियंत्रित करने में सक्षम होना आवश्यक है - और हमारी विधि यह करती है।"
पृष्ठभूमि: जीव विज्ञान में सक्रिय कणों के कई उदाहरण हैं, जैसे तैरते बैक्टीरिया या उड़ने वाले पक्षी। आजकल, कृत्रिम सक्रिय कणों (नैनो- और माइक्रोरोबोट्स) का एहसास करना भी संभव है: उदाहरण के लिए, दवाओं के लक्षित वितरण के लिए उन्हें मानव शरीर में प्रत्यारोपित करना एक उद्देश्य है।