Песах Бенсон • 30 апреля 2026 г.
Иерусалим, 30 апреля 2026 г. (TPS-IL) — Столетняя физическая загадка приближается к разгадке, поскольку новые исследования проливают новый свет на то, как жидкости превращаются в твердые, стекловидные состояния без видимых структурных изменений. Полученные результаты могут повлиять на производство продуктов питания, гелей, цемента и даже лекарств.
Явление, известное как «стеклянный переход», затрагивает многие повседневные и промышленные материалы, от пищевых продуктов до красок и гелей, но было трудно точно предсказать, когда текучая жидкость внезапно затвердеет. Оно озадачивало ученых более 100 лет, поскольку материалы могут приобретать твердый вид, но оставаться практически неизменными на микроскопическом уровне.
Команда израильских и немецких ученых представила новый экспериментальный метод наблюдения за переходом путем отслеживания крошечных частиц, внедренных в материал. Исследование, проведенное профессором Хаимом Диамантом и профессором Яэль Ройхман из Школы химии Тель-Авивского университета в сотрудничестве с группой профессора Штефана Эгельхаафа из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе, было опубликовано в рецензируемом журнале Nature Physics.
«Значение этого исследования заключается не только в выявлении новых признаков стеклянного перехода, но и в предложении нового взгляда на явление в целом», — сказал Диамант. «Наши выводы показывают, что стеклянный переход — это не просто постепенное замедление движения частиц, а сопровождается глубоким изменением способа передачи импульса от точки к точке внутри материала».
Исследователи использовали коллоиды — жидкости, содержащие микроскопические частицы — в качестве модельной системы. Коллоиды — это смеси, в которых крошечные твердые частицы суспендированы в жидкости, что позволяет материалу течь как жидкость, но вести себя сложным образом в зависимости от плотности упаковки частиц. По мере увеличения плотности частиц система становится переполненной, пока не «заклинит» и не начнет вести себя как твердое тело.
Ключевым нововведением стало добавление очень маленьких трассирующих частиц, которые остаются подвижными, даже когда окружающий материал значительно замедляется. Отслеживая пары этих трассеров с помощью передовой микроскопии, ученые смогли в реальном времени измерить, как движение и силы распространяются по системе.
Результаты показали четкое изменение в поведении материала. В жидкости движение распространяется на большие расстояния по системе. По мере приближения к стеклообразному состоянию эта проницаемость нарушается, и материал начинает вести себя скорее как твердое тело, которое поглощает импульс, а не передает его.
Исследование выявило три четких признака этого перехода. Во-первых, изменение того, как пространственные корреляции затухают с расстоянием. Во-вторых, появление растущей характерной длины, связанной с увеличением вязкости. В-третьих, появление противоположных движений между соседними частицами, что свидетельствует о развитии сопротивления сдвигу — ключевого свойства твердых тел.
Помимо фундаментальной физики, метод имеет важное практическое применение. Он может помочь улучшить проектирование и переработку гелей, красок, пищевых продуктов и промышленных материалов, таких как цементные и керамические суспензии. Многие из этих систем могут внезапно переходить от плавного течения к закупорке или затвердеванию, создавая серьезные проблемы в производстве. Новый подход предлагает способ лучше предсказывать и контролировать эти переходы, улучшая стабильность, текстуру и производительность.
Эта техника может также принести пользу биологии и медицине, где ткани, кровь и клеточная среда часто ведут себя как материалы, которые частично жидкие, а частично твердые. Понимание того, когда и как эти системы затвердевают, может улучшить исследования в области заживления ран, прогрессирования заболеваний и систем доставки лекарств, которые зависят от контролируемых изменений консистенции материала внутри организма.
