Учени от Университета в Чикаго и Университета на Бат използваха звукови вълни за левитиране на частици, разкривайки как материалите се събират заедно в отсъствието на гравитация - принципи, които са в основата на всичко - от това как молекулите се събират до много ранните етапи на формирането на планетата от космически прах.

"Голяма част от Вселената се състои от асамблиране на частици", казва Хайнрих Йегер, професор по физика, съавтор на новото изследване, публикувано в Nature Physics. "С акустична левитация имаме красива моделна система, за да изучаваме асамблирането в мащаб, видим за човешкото око, където можем да следим всяка частица с точност и след това да свържем резултатите с широк спектър от често много по-микроскопични явления".

Неговата лабораторията провежда иновативни проучвания на законите, регулиращи взаимодействието на частиците.Там създали роботизирани щипци, които могат да вземат почти всеки предмет, също обяснили дългогодишната физическа мистерия с тичането по повърхността на басейн, пълен с вода и царевично нишесте.

В този случай екипът се интересува от формата на прототипните клъстери, които се образуват, когато, като се започне от една частица, се добавят още една по една. Използват звукови вълни, за да левитират пластмасови частици във въздуха, всяка около един милиметър в диаметър, за да изследваха как тези частици взаимодействат помежду си - образуват клъстери, разпадат се и след това се сглобяват в различни конфигурации.

Когато частиците са пет частици или по-малко, те се скупчват плътно само в една конфигурация. Обаче, когато има поне шест частици, има няколко различни форми, в които могат да се съберат плътно.

Учените използват високоскоростни камери за проследяване на левитиращите частици и така установяват тези различни конфигурации. Те открили, че групи от шест частици могат да образуват три различни компактни форми: успоредник, V (шеврон)  и триъгълник. Добавянето на още една частица кара частиците да се събрат заедно в една от четирите форми, които учените наричат ​​цвете, костенурка, дърво или лодка.

"Шест частици е минимумът, необходим за преминаването в различни форми, където нещата стават интересни", каза първият автор Антон Суслов, от Университета на Бат.

За учените левитиращият прах е от фундаментален интерес за разработването на експерименти, базирани на Земята, от които да рзберат  как започва образуването на телата в космоса. Това биха били най-ранните етапи, добавят учените, когато бъдещата планета е просто скупчване космически прах, може би с размер един сантиметър, преди гравитацията да стане фактор.

Един уникален аспект на експериментите е, че звукът не само левитира частиците, но може също така да се използва, за да повлияе на взаимодействието им, докато плават.

„Изненадващо е, че чрез промяна на честотата на звуковите вълни бихме могли да манипулираме клъстерите и да повлияем на формата, която се появява”, казва студентът Мелъди Лим, първи автор на статията. Моделирането на физиката зад такива акустични сили, направено от Суслов и професора по физика Винченцо Вители, дава на учените нови средства за контрол на процеса на асамблиране.

Те открили, че пренареждането на формите често зависи от това дали една частица действа като „панта“ и се върти около другите, за да се преконфигурира, което може да бъде много полезно в редица потенциални приложения.

Изследователският екип сега възнамерява да разгледа как акустичната левитация може да събере по-голям брой частици, за да асамблира по-сложни структури.