Коллоидные микрочастицы, напоминающие по форме бумеранг, могут двигаться вопреки законам броуновского движения, то есть не хаотически, а в одном направлении. Правда, такое направленное движение длится всего минуту.

Хотя броуновское движение открыто в 1827 году, его теория была предложена только в 1905-м, когда Альберт Эйнштейн вывел математические формулы, описывающие такое движение частиц. Эти формулы опираются на допущение о том, что движение частиц во все стороны равновероятно и инерцией броуновской частицы можно пренебречь.

По Эйнштейну получалось, что расстояние, пройденное частицей, пропорционально квадратному корню из времени, которое она потратила на путь. С учётом равновероятности движения в любом направлении такая частица, по сути, никуда не двигалась, топчась на месте.

Рис. 1. Движение полимерного микробумеранга в воде; синяя линия отмечает перемещение точки на пересечении лопастей частицы. (Фото авторов работы).

Теория броуновского движения справедлива для частиц определённых размеров. Но, кроме размера, у частицы есть ещё и форма, которую простоты ради обычно полагают сферической. Однако форма может довольно сильно влиять на движение частицы, и исследователи из Кентского университета штата Огайо (США) решили проверить, можно ли придать броуновской частице такую форму, которая сделает её «путешествия» предсказуемыми.

Попытка удалась: на страницах Physical Review Letters Ци-Хо Вэй и его сотрудники описывают бумерангообразные коллоидные частицы, которые двигались в растворе иначе, чем это предписано теорией.

Частицы были размером 2,1 мкм в длину и 0,51 мкм в толщину; их полимерный материал впитывал воду, и после набухания частицы помещались между двумя стёклами, чтобы они могли двигаться только в двух направлениях. Движение наблюдали в микроскоп и снимали на видео.

И, как выяснилось,

такие микробумеранги были вполне способны на направленное движение — правда, недолгое: в течение одной минуты частица двигалась по биссектрисе, проходящей через угол между лопастями бумеранга. Спустя минуту перемещения становились хаотическими, то есть её движения обретали равную вероятность для разных направлений, как это и бывает в обычном броуновском случае.

Однако целая минута предсказуемого движения микрочастицы вселила в исследователей определённую надежду: коллоидные частицы, сохраняющие направленное движение, могли бы весьма пригодиться в медицине. Осталось только понять, как заставить их двигаться в одном направлении ещё дольше…