Niewidzialna siła – złote płatki pokazują podstawowe oddziaływania

Naukowcy z Chalmers University of Technology w Szwecji opracowali eksperymentalną platformę, która pozwala „na żywo” obserwować działanie fundamentalnych sił przyciągających i odpychających małe obiekty. 

W ich badaniach mikrometrowe płatki złota unoszące się w roztworze soli są przyciągane do złotego podłoża — lecz nie dosięgają go całkowicie, pozostawiając nanometrową szczelinę. W tych maleńkich wnękach tworzą się rezonatory, które odbijają światło i generują barwne wzory — dzięki czemu można w sposób wizualny śledzić dynamikę oddziaływań. 

W kropli roztworu soli zawierającej miliony płatków złota płatki są naturalnie przyciągane do powierzchni, ale pozostaje między nimi a podłożem dystans rzędu kilkudziesięciu–set nanometrów. W tej przestrzeni powstaje komora światła — fotony odbijają się wielokrotnie, co daje efekt barwnej interferencji (m.in. czerwonej i zielonej poświaty) widocznej przez mikroskop.  Istotą eksperymentu jest równowaga między dwiema siłami: przyciągającą siłą znaną jako efekt Casimira oraz siłą elektrostatyczną w roztworze soli, działającą jako odpychająca. 

Efekt Casimira to kwantowo-mechaniczne oddziaływanie, które w bardzo krótkich dystansach 

Image

prowadzi do przyciągania obiektów (np. dwóch przewodników). W typowych eksperymentach tego rodzaju mierzono tę siłę w warunkach suchych albo w cieczach o większej złożoności.  W nowym podejściu płatki złota w roztworze soli samoczynnie ustawiają się w odległości, w której obie siły się zrównoważą, co daje stabilną strukturę zwanym samorzutnym zgrupowaniem lub samoorganizacją. 

Ta technika otwiera nowe możliwości: naukowcy mogą teraz obserwować w czasie rzeczywistym oddziaływania na poziomie pojedynczych cząstek, bez konieczności skomplikowanego ustawiania eksperymentów. Jak zauważa doktorantka Michaela Hošková: „Dosłownie widzimy, jak fundamentalne siły natury oddziałują na siebie. Przez te maleńkie wgłębienia możemy obserwować ‘klej’, który spaja cząstki”.  Współautor pracy, profesor Timur Shegai, dodaje, że gdybyśmy nauczyli się kontrolować te zasady samoorganizacji w skali nano, moglibyśmy zarządzać strukturą materii — a nawet zrozumieć, jak powstają galaktyki. 

Image

Opublikowana w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) praca o tytule „Casimir self-assembly: A platform for measuring nanoscale surface interactions in liquids” przedstawia szczegóły eksperymentu i wyniki pomiarów.  Choć nie oznacza to, że „siły natury” przestają być niewidzialne w sensie metaforycznym — nadal wymagają mikroskopów i spektrometrów — to jednak możemy je teraz „zobaczyć” w postaci kolorów i ruchu złotych płatków.

Zakończenie: Odkrycie zespołu z Chalmers stanowi przełomowe narzędzie badawcze, które pozwoli zagłębić się w mechanizmy oddziaływań nano-i mikrocząsteczek w płynach — kluczowe dla materiałoznawstwa, biologii (np. cząstki w płynach biologicznych) i technologii future-oriented. Choć jesteśmy dopiero na początku drogi, perspektywy kontrolowania samoorganizacji w skali nanometrowej mogą być rewolucyjne.

Źródła:

https://www.chalmers.se/en/current/news/f-a-platform-of-gold-reveals-th…

https://phys.org/news/2025-10-platform-gold-nature-fundamental.html

https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251023031607.htm

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2505144122

https://www.eurekalert.org/multimedia/1097606