Under de senaste åren har aktiva, självgående partiklar har fått ett växande intresse bland forskarvärlden. Exempel på aktiva partiklar och deras system är många och mycket olika, allt från bakteriefilmer till fågelflockar eller människoskaror. Dessa system kan visa ovanligt beteende, som är utmanande att förstå eller modellera.

För detta ändamål, storskaliga modeller av aktiva partiklar granskades av experter vid Leicester, för att förstå grundläggande principer bakom aktiv partikeldynamik och tillämpa dem i ett scenario med en evakueringsstrategi för kunder på en trång plats. Oväntat, "superpartiklarna" som malde i en cirkulär rörelse snubblade över av Leicesters fysiker som senare myntade fenomenet som "svirvel".

"Swirlon" - ett nytt tillstånd av aktiv materia - visade ett fantastiskt beteende där istället för att röra sig med acceleration, kvasipartikelgrupperna rörde sig med konstant hastighet, proportionell mot den applicerade kraften och i samma riktning som kraften. Detta beteende tycks bryta mot den andra Newtons lag, undervisas för närvarande i gymnasieskolor över hela Storbritannien.

Professor Nikolai Brilliantov som ledde utredningen vid University of Leicester sa, "Vi blev helt förbryllade över att se hur dessa kvasipartiklar virvlar i aktiv materia, beter sig som enskilda superpartiklar med överraskande egenskaper inklusive att inte röra sig med acceleration när kraft appliceras, och sammansmältning vid kollision för att bilda virvlar med en större massa.

"Dessa mönster har tidigare observerats för djur i olika utvecklingsstadier, allt från växt-djur maskar och insekter till fiskar, utan snarare som singulära strukturer, inte som en fas som gränsar till andra faser, liknar gasformiga och flytande faser av "normal materia."

Professor Ivan Tyukin, Direktör för forskning i tillämpad matematik sa, "Det är alltid spännande att överväga att fördjupa vår förståelse av nya fenomen och deras vägledande fysiska principer. Det vi vet hittills är så mycket mindre än vad som finns att veta. Fenomenet "virveln" är en del av toppen av isberget av dold kunskap. Det lämnar oss med den eviga frågan:"vad mer vet vi inte"?"

De aktiva partiklarnas värld har många praktiska tillämpningar, inklusive inom de banbrytande områdena för artificiell intelligens, rymddata och robotik. Eftersom en av de möjliga praktiska tillämpningarna av aktiva partiklar kan vara självmontering, experter vid University of Leicester är överens om att det är viktigt att fysiker fortsätter att trycka på för upptäckter baserade på simuleringsarbete. Detta kommer att säkerställa att i verkliga livet, material, ämnen och grupper fungerar på ett sätt som är tillförlitligt, förväntad och förutsägbar, utan oundvikliga osäkerheter.

Studien publiceras i Vetenskapliga rapporter .