Forskare har upptäckt ett sätt att lösa ett problem som har förvirrat människor så länge att det nämns i Bibeln:att uppnå den mest effektiva förpackningen av föremål som korn och läkemedel.

Ledande forskare Dr Mohammad Saadatfar från Australian National University (ANU) sa att kunskapen kan vara avgörande för att bygga skyskrapor på sand, förstå hur korn lagrades i silor, eller hur droger packades och levererades till specifika mål i kroppen.

"Det är galet - sand är ett av de vanligaste byggmaterialen i världen och droger förpackas ofta i form av piller, men vi förstår verkligen inte hur montering av korn eller piller beter sig, "sa Dr Saadatfar från ANU Research School of Physics and Engineering.

Det internationella teamet av fysiker och matematiker använde högupplösta CT-skanningar för att avslöja hur sfäriska partiklar i ett oordnat arrangemang bosätter sig och komprimerar sig till ordnade mönster.

"Nu tror vi att vi har avslöjat de mekanismer som ligger till grund för övergången från störd packning av spannmål till ordnade strukturer, " han sa.

"Närhelst sfärer - som fotbollar, kullager eller atomer - packas i ett utrymme, den mest effektiva förpackningen är i ett mycket ordnat mönster, känd som ansiktscentrerad kubik.

"Natrium- och kloridatomer i saltkristaller är också ordnade och ordnade på det sättet."

När det är organiserat så sfärerna hade ett minimum av luckor mellan dem, tar upp drygt 74 procent av utrymmet, Sa Saadatfar.

"Dock, när man löser sig snabbt, sfärer bildar naturligtvis inte det arrangemanget, når i bästa fall bara 64 procent, ett arrangemang som kallas slumpmässigt sluten förpackning, " han sa.

Teamet hade tidigare visat att förpackningen på 64 procent inte är ett slumpmässigt arrangemang. Faktiskt, sfärer tenderar att bildas i tätt hållna arrangemang av tetraeder som är självorganiserade i ringar om fem.

"Under en lång tid, forskare trodde att förpackningssfärer mer effektivt var omöjligt att förekomma naturligt och extremt svårt att observera i laboratoriet, Sa Dr Saadatfar.

"Det beror på att det är svårt att flytta till den perfekt ordnade strukturen. Det kräver att man bryter de oordningsmönster som utvecklats naturligt och som är mekaniskt robusta.

"Du måste lägga till precis rätt mängd energi för det - för lite energi och förpackningen förblir störd, för mycket, kristallen kommer inte heller att bildas. "

Dr Saadatfar sa att övergången till ett tätare förpackningsarrangemang nämndes i Bibeln.

"Lukas 6:38 säger" Ett bra mått, tryckt ner, skakade ihop och sprang över, kommer att hällas i ditt knä. För med det mått du använder, det kommer att mätas för dig. ' Den nämner alla experimentella protokoll som vi använde i laboratoriet - trycker ner, skakning, hälla, Sa Dr Saadatfar.

"Jag är inte säker på att bibelns författare hade spikat den matematiska grunden för den."

Teamet använde det relativt nya matematikområdet som kallas homologi för att tolka 3D-röntgenmikroskopbilder och storskaliga datasimuleringar.

Dr Saadatfar sa för olika partikelformer, matematiken blev mycket mer komplex.

"När du tittar på fotbollar eller M &M har vi mycket att göra, Sa Dr Saadatfar.

"Jag kommer att hålla min avdelning försedd med M &Ms under de närmaste åren."