Исследователи Университета Тренто совместно с коллегами из Университета Сорбонны и Копенгагенского университета показали, как небольшое химическое различие может упорядочить хаотическое движение жидких капель. В опыте 50 масляных капель на поверхности водного раствора постепенно образовали плотный кластер синих капель, окружённый кольцом красных. Статья вышла 3 ноября 2026 года в журнале npj Soft Matter, а 6 ноября о результате сообщил Университет Тренто.

Почему капли разделились

Все капли состояли из смеси парафинового масла и этилсалицилата. Их движение возникало из-за поверхностных эффектов на границе масла и воды. В раствор добавили поверхностно-активное вещество, а сами капли разделили на две группы: одну окрасили Sudan black B, другую, Oil Red O. Красители по-разному меняли межфазное натяжение, поэтому капли двигались с разной активностью.

Красные капли в среднем оставались активнее, тогда как движение синих затухало быстрее. Пока обе группы сохраняли подвижность, капли сталкивались и отскакивали друг от друга. По мере расходования химического топлива контакты становились дольше. Синие капли раньше переходили в режим слабого движения, сближались и складывались в упорядоченный кластер, вытесняя более быстрые красные к периферии. После того как активность красных капель тоже угасла, система остановилась: в центре остался кластер синих капель, а вокруг него сформировалось кольцо красных.

Авторы выделили пять последовательных стадий, через которые система переходила от беспорядочного движения к почти неподвижной структуре. Основные признаки этих стадий количественно воспроизводились в трёх независимых реализациях опыта. При этом работа не устанавливает единственный молекулярный механизм, связывающий красители с изменением активности капель. Среди возможных объяснений авторы рассматривают влияние диффузии веществ на границе капли, потоков Марангони и скопления молекул красителя у поверхности.

Механизм можно представить на условной аналогии с двумя группами шариков на гладкой поверхности. Если все шарики толкаются примерно одинаково, они долго перемешиваются. Если одна группа начинает терять подвижность раньше другой, медленные шарики собираются в плотную область, а быстрые обходят её и остаются снаружи. В опыте таким различием были не размер или форма капель, а скорость угасания их самодвижения. Аналогия описывает принцип, но не означает, что капли следовали заранее заданному плану.

Работа показывает связь между микроскопическим различием в составе и крупной структурой всей системы. Однако масштаб опыта был небольшим: учёные изучили 50 капель и три реализации. Данные анализа не размещены в открытом доступе, хотя исходные видеозаписи доступны, а наборы данных авторы готовы предоставить по запросу. Для подготовки собственного обзора по теме активной материи можно использовать подбор научной литературы, но он не заменяет чтение оригинальной статьи.

Исследователи считают, что такие системы могут помочь изучать самоорганизацию активной материи, в которой отдельные элементы расходуют энергию и сами создают движение. Возможные применения в статье названы направлением дальнейших исследований, а не готовыми технологиями.

Схема перехода от хаотического движения 50 капель к синему кластеру, окружённому кольцом красных капель

Фото: Benjamin Bryer / Pexels