Se o vidro não é sólido ou líquido, então o que é? Foto do usuário do Flickr -Kenzie-
Um copo de merlot pode fazer o mundo parecer rosado, mas também pode ser uma fonte de frustração para um físico. O vinho derrama, espirra e espirala, mas o copo permanece rígido como um recipiente sólido. Aumente o zoom no merlot e você verá moléculas mantidas juntas, mas movendo-se sem posição fixa. Aumente o zoom no copo de vinho e você também verá este arranjo desordenado, mas nenhum movimento.
Em um nível atômico, as duas formas de matéria parecem as mesmas. Mesmo que um copo esteja congelado, ele não possui a estrutura cristalina rígida encontrada, digamos, em cubos de gelo.
Os cientistas que estudam o vidro observaram versões distorcidas de icosaedros (icosaedro à esquerda, versão distorcida à direita). Imagem via Science / Chen e Kotani
Embora os artesãos produzam vidro há milênios e os cientistas estudam sua estrutura há décadas, até agora não há evidências experimentais claras que confirmem o que impede a cristalização de líquidos que formam cristais. Em um novo artigo publicado online na Science, uma equipe de pesquisadores japoneses usou um microscópio de difração de elétrons de alta potência para ver o vidro nas menores escalas ainda. Com uma resolução tão alta, eles viram o que parece ser uma unidade básica de alguns óculos - átomos embalados em uma versão distorcida de um icosaedro, uma forma tridimensional com 20 faces.
Com sofisticadas ferramentas geométricas, a equipe caracterizou essas distorções, relatando no documento que elas permitem que o sistema “retenha denso empacotamento atômico e um estado de baixa energia”. Certos arranjos de átomos, concluem os pesquisadores, são a própria essência da transparência. interferir com o desenvolvimento de um cristal bem organizado.
Múltiplas visões de imagens microscópicas de átomos dentro do vidro (à direita) permitiram aos pesquisadores diagramar o nível de distorção dos icosaedros específicos que organizavam os átomos (esquerda). Imagem via Science / Chen e Kotani
Embora os pesquisadores estivessem estudando um vidro feito de zircônio e platina, e não a sua vidraça comum, os resultados podem valer para os óculos de forma mais ampla. Ao compreender as formas como os átomos se organizam, os cientistas de materiais podem encontrar maneiras de fabricar novos óculos e manipular os que eles possuem.
Mas o vidro está longe de ser descoberto. Enquanto o estudo explica por que alguns líquidos formam vidros em vez de cristalizar, não explica por que esses líquidos podem se tornar lentos o suficiente para serem sólidos, afirma o químico da Duke University, Patrick Charbonneau. Uma grande comunidade de cientistas tem tentado resolver a lentidão desde os anos 80 , mas eles não conseguem chegar a um acordo sobre a solução e até argumentam sobre a melhor abordagem.
Uma estratégia popular dá um passo atrás para tentar entender como os átomos preenchem um determinado espaço. Ele trata os átomos no vidro como esferas duras juntas. Simples, certo? "Não há mecânica quântica, não há teoria das cordas, você não precisa invocar o espaço sideral", diz Charbonneau. E, no entanto, até mesmo estudar o vidro dessa maneira tem se mostrado incrivelmente difícil por causa das complicações que surgem ao descobrir quais posições tantas partículas poderiam ocupar. No topo do desafio inerente de descrever o arranjo das esferas, a abordagem é uma simplificação e não está claro quão relevante seria para os óculos do mundo real.
Ainda assim, Charbonneau parece energizado quando fala sobre esses problemas de pesquisa. Seu copo de merlot está meio cheio, porque ele acredita que os últimos anos trouxeram um progresso imenso. Os cientistas, diz ele, tornaram-se mais criativos ao fazer perguntas sobre o vidro. A própria pesquisa de Charbonneau simula o vidro em dimensões mais altas, descobertas que podem ter implicações importantes para o grau de desordem no vidro tridimensional. Outros pesquisadores estão considerando o que aconteceria se você imobilizasse algumas partículas em um líquido super-resfriado, na esperança de esclarecer como tais líquidos alcançam um estado vítreo. Ainda mais estão considerando os átomos no vidro como entidades que podem se mover por conta própria, como células biológicas. Todos esses esforços estão tentando determinar os tipos de interação que contribuem para a formação do vidro, para que os cientistas reconheçam uma teoria de lentidão muito boa quando a virem.
Apesar de toda essa conversa sobre movimento, não espere que seu copo de vinho flua de qualquer maneira visível tão cedo. Este copo “durará mais que a escala de tempo do universo”, diz Charbonneau. Afirma que o vidro manchado nas catedrais medievais é mais grosso na parte inferior porque os fluxos de vidro são beliches. Mas exatamente por que não flui ainda permanece um mistério.
