Levande eller biologiska system kan inte lätt förstås med hjälp av fysikens standardlagar, såsom termodynamik, som forskare skulle göra för gaser, vätskor eller fasta ämnen. Levande system är aktiva, visar fascinerande egenskaper som att anpassa sig till sin miljö eller reparera sig själva. Utforska frågorna från levande system med hjälp av datasimuleringar, forskare vid universitetet i Göttingen har nu upptäckt en ny typ av beställningseffekt som genereras och upprätthålls genom en enkel mekanisk deformation, specifikt stabil skjuvning. Resultaten publicerades i PNAS .

Förstå levande system, såsom vävnader som bildas av celler, utgör en betydande utmaning på grund av deras unika egenskaper, som anpassning, självreparation och självdrivning. Ändå, de kan studeras med hjälp av modeller som behandlar dem som bara en ovanlig, "aktiv" form av fysisk materia. Detta kan avslöja extraordinära dynamiska eller mekaniska egenskaper. Ett av gåtorna är hur aktiva material beter sig under skjuvning (deformationen som uppstår genom att flytta de övre och nedre skikten i sidled i motsatta riktningar, som glidmikroskop täckplattor mot varandra). Forskare vid Institutet för teoretisk fysik, Universitetet i Göttingen utforskade denna fråga och upptäckte en ny typ av ordningseffekt som genereras och upprätthålls genom stadig skjuvdeformation. Forskarna använde en datormodell av självgående partiklar där varje partikel drivs av en framdrivningskraft som ändrar riktning långsamt och slumpmässigt. De fann att medan partiklarnas flöde liknar det i vanliga vätskor, det finns en dold ordning avslöjad genom att titta på kraftriktningarna:dessa tenderar att peka mot den närmaste (övre eller nedre) plattan, medan partiklar med sidledskrafter samlas i mitten av systemet.

"Vi undersökte svaret från ett modellaktivt material under stadig körning, där systemet är inklämt mellan två väggar, en stationär och den andra rör sig för att generera skjuvdeformation. Det vi såg var att med en tillräckligt stark drivkraft, en intressant ordningseffekt dyker upp, "säger Dr Rituparno Mandal, Institutet för teoretisk fysik vid universitetet i Göttingen. "Vi förstår nu också ordningseffekten med hjälp av en enkel analytisk teori och förutsägelserna från denna teori matchar förvånansvärt bra med simuleringen."

Seniorförfattare professor Peter Sollich, även från Institutet för teoretisk fysik, Universitetet i Göttingen, förklarar, "Ofta, en yttre kraft eller drivkraft förstör beställning. Men här är drivningen med skjuvflöde nyckeln till att ge rörlighet till partiklarna som utgör det aktiva materialet, och de behöver faktiskt denna rörlighet för att uppnå den observerade ordningen. Resultaten kommer att öppna spännande möjligheter för forskare som undersöker levande materiens mekaniska svar. "