Vi människor kan vara mer anpassade till universum än vi inser. Enligt forskning publicerad i tidskriften Fysisk granskning C , neutronstjärnor och cellcytoplasma har något gemensamt:strukturer som liknar parkeringsgarage i flera våningar.

Under 2014, UC Santa Barbara mjuka kondenserade fysiker Greg Huber och kollegor undersökte biofysiken i sådana former-spiraler som förbinder staplar av jämnt fördelade ark-i en cellulär organell som kallas endoplasmatisk retikulum (ER). Huber och hans kollegor kallade dem Terasaki -ramper efter deras upptäckare, Mark Terasaki, cellbiolog vid University of Connecticut.

Huber trodde att dessa "parkeringsgarage" var unika för mjuk materia (som cellens inre) tills han hände på kärnfysikern Charles Horowitz arbete vid Indiana University. Med hjälp av datasimuleringar, Horowitz och hans team hade hittat samma former djupt i neutronstjärnornas skorpa.

"Jag ringde Chuck och frågade om han var medveten om att vi hade sett dessa strukturer i celler och hade tagit fram en modell för dem, sa Huber, biträdande chef för UCSB:s Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP). "Det var nyheter för honom, så jag insåg då att det kunde finnas en fruktbar interaktion. "

Det resulterande samarbetet, markerad i Fysisk granskning C , undersökte sambandet mellan två mycket olika modeller av materia.

Kärnfysiker har en lämplig terminologi för hela klassen av former de ser i sina högpresterande datasimuleringar av neutronstjärnor:kärnkraftspasta. Dessa inkluderar rör (spaghetti) och parallella ark (lasagne) anslutna med spiralformade former som liknar Terasaki -ramper.

"De ser en mängd olika former som vi ser i cellen, "Förklarade Huber." Vi ser ett rörformat nätverk; vi ser parallella ark. Vi ser ark kopplade till varandra genom topologiska defekter som vi kallar Terasaki -ramper. Så parallellerna är ganska djupa. "

Dock, skillnader kan hittas i den bakomliggande fysiken. Typiskt kännetecknas materia av dess fas, som beror på termodynamiska variabler:densitet (eller volym), temperatur och tryck - faktorer som skiljer sig mycket åt på kärnkraftsnivå och i ett intracellulärt sammanhang.

"För neutronstjärnor, den starka kärnkraften och den elektromagnetiska kraften skapar det som i grunden är ett kvantmekaniskt problem, "Huber förklarade." I cellens inre, krafterna som håller ihop membran är i grunden entropiska och har att göra med minimering av den totala fria energin i systemet. Vid första ögonkastet, dessa kunde inte vara mer annorlunda. "

En annan skillnad är skala. I kärnkraftsfallet, strukturerna är baserade på nukleoner som protoner och neutroner och dessa byggstenar mäts med hjälp av femtometrar (10-15). För intracellulära membran som ER, längdskalan är nanometer (10-9). Förhållandet mellan de två är en faktor på en miljon (10-6), men dessa två mycket olika regimer gör samma former.

"Det betyder att det finns en djup sak som vi inte förstår om hur man modellerar kärnkraftssystemet, "Sa Huber." När du har en tät samling protoner och neutroner som du gör på ytan av en neutronstjärna, den starka kärnkraften och de elektromagnetiska krafterna konspirerar för att ge dig materiefaser som du inte skulle kunna förutsäga om du bara hade tittat på de krafter som verkar på små samlingar av neutroner och protoner. "

Strukturernas likhet är fängslande både för teoretiska och kärnfysiker. Kärnfysikern Martin Savage var på KITP när han stötte på grafik från det nya papperet om arXiv, ett förtryckbibliotek som postar tusentals fysik, matematik- och datavetenskapliga artiklar. Omedelbart väcktes hans intresse.

"Att liknande faser av materia dyker upp i biologiska system var mycket förvånande för mig, sa Savage, professor vid University of Washington. "Det finns helt klart något intressant här."

Medförfattaren Horowitz höll med. "Att se mycket liknande former i så påfallande olika system tyder på att energin i ett system kan bero på dess form på ett enkelt och universellt sätt, " han sa.

Huber noterade att dessa likheter fortfarande är ganska mystiska. "Vårt papper är inte slutet på något, "sa han." Det är verkligen början på att titta på dessa två modeller. "