Физикам впервые удалось визуализировать переходное состояние между кристаллом и жидкостью. Ученым удалось не только сфотографировать его, но даже снять кино о процессе перехода. Статья, в которой авторы описывают использованную ими технологию и результаты, опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Кратко новая работа изложена в пресс-релизе Университета Эмори, где работают ученые.

Красным показаны шарики, находящиеся
в жидком состоянии, синим – в твердом,
а желтым – в переходном состоянии.

Переходы между кристаллическим (твердым) состоянием и жидкостью происходят, например, в воде с кубиками льда. Теоретические основы этого явления были разработаны еще в 1965 году, однако до сих пор у физиков не было экспериментальных данных, которые бы служили наглядным доказательством теории.

Авторы новой работы решили смоделировать переходы кристалл-жидкость в коллоидной суспензии, используя пластиковые шарики, размер которых не превышал диаметр клеточного ядра (около 6–10 микрометров). При помощи таких шариков исследователи смогли увидеть процесс перехода в целом без некоторых несущественных деталей.

Ученые поместили шарики на конусовидные стекла, размещенные вертикально. Высокая концентрация шариков соответствовала твердому состоянию, а низкая – жидкому. Под воздействием гравитации вдоль стекла образовывался градиент концентрации. Используя конфокальный микроскоп, ученые сделали множество снимков, из которых смонтировали фильм о поведении шариков в переходной зоне.

По словам исследователей, они не ожидали, что слой шариков-молекул, которые уже не находятся в кристаллическом состоянии, но еще не стали «полноценной» жидкостью, окажется столь тонким. В среднем, он не превышал толщины двух шариков.

В зависимости от концентрации (а следовательно, состояния) шарики были искусственно окрашены в разные цвета. Красным показаны шарики, находящиеся в жидком состоянии, синим – в твердом, а желтым – в переходном состоянии.