Фундаментальный принцип физики гласит, что частицы с противоположными зарядами притягиваются друг к другу, а частицы с одинаковым зарядом отталкиваются. Но исследователи из Оксфордского университета обнаружили, что при определенных обстоятельствах притягиваться могут и частицы с одинаковым зарядом.
Физики обнаружили, что некоторые заряженные частицы с одинаковым зарядом, взвешенные в определенных растворах, могут притягиваться даже на относительно больших расстояниях. При этом, что еще более удивительно, частицы с положительным и отрицательным зарядом ведут себя в разных растворах по-разному.
По закону Кулона две частицы с одноименными зарядами должны отталкиваться, а с разноименными — притягиваться. Этот эффект объясняется электростатической силой, которая становится сильнее по мере увеличения общего заряда и сближения частиц.
В исследовании ученые суспендировали отрицательно заряженные микрочастицы кремнезема в воде и обнаружила, что при определенных уровнях pH они могут притягиваться друг к другу, образуя кластеры гексагональной формы. При этом положительно заряженные частицы в воде при любом уровне pH отталкивались. При этом в спирте все было ровно наоборот: положительные частицы в ряде случаев притягивались, а отрицательные — всегда отталкивались.
На первый взгляд результаты этого наблюдения противоречили базовому принципу электромагнетизма, который предусматривает идентичное поведение для частиц вне зависимости от знака заряда. Но, когда исследователи рассмотрели этот эффект с помощью теории межчастичных взаимодействий, учитывая структуру растворителя, они обнаружили силу притяжения, которая действует на больших расстояниях, зависит от свойств растворителя и может преодолеть электростатическое отталкивание.
Это открытие может заставить серьезно переосмыслить все процессы, которые происходят в растворах с заряженными частицами. В том числе, например, биомолекулярные процессы в живых клетках, самосборку молекул в фармацевтической промышленности или кристаллизацию.
