Para ilmuwan menemukan bahwa partikel bermuatan serupa terkadang dapat menarik – Dunia Fisika

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/scientists-discover-that-like-charged-particles-can-sometimes-attract-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/scientists-discover-that-like-charged-particles-can-sometimes-attract-physics-world-2.jpg" data-caption="“Kekuatan elektrosolvasi” Mikropartikel silika bermuatan negatif yang tersuspensi dalam air saling tarik menarik membentuk gugus heksagonal. (Sumber: Zhang Kang)”>

Sejak kecil, kita diajarkan di sekolah bahwa muatan sejenis – baik positif maupun negatif – akan saling tolak menolak, sedangkan muatan berlawanan tarik menarik. Ternyata dalam kondisi tertentu, muatan sejenis malah bisa saling tarik menarik. Dalam karya yang baru-baru ini diterbitkan di Nanoteknologi Alam, para peneliti di Universitas Oxford telah mendemonstrasikan daya tarik partikel bermuatan serupa dalam larutan.

Perjalanan ilmuwan utama dimulai Madhavi Krishnan kembali pada pertengahan tahun 2000an, ketika dia menemukan “masalah tarik-menarik muatan sejenis” sambil mempelajari bagaimana molekul DNA terjepit ke dalam kotak seperti celah. Diharapkan DNA tersebut akan rata menjadi geometri seperti pancake, namun malah sejajar dengan tepi kotak. Tanpa adanya gaya eksternal apa pun, satu-satunya penjelasan adalah bahwa DNA tertarik ke kotak tersebut, meskipun keduanya bermuatan negatif. Oleh karena itu, lahirlah minat terhadap bagaimana daya tarik dan penolakan mungkin tidak seperti yang terlihat.

Masalah serupa bukanlah pengetahuan baru. Berbagai ilmuwan selama bertahun-tahun telah mencoba menjelaskan bagaimana muatan serupa dapat tarik menarik, dan beberapa karya paling awal berasal dari hal ini irving langmuir kembali pada tahun 1930-an.

Salah satu area di mana gaya tarik-menarik muatan serupa paling banyak terlihat adalah di dalam cairan, dan interaksi materi padat dengan cairan. “Saya menemui masalah ini di awal perjalanan saya sebagai ilmuwan,” kata Krishnan Dunia Fisika. “Mengingat pengamatan tersebut memerlukan penyimpangan mendasar dari pemahaman saat ini tentang fenomena dasar dan sentral dalam fase fluida, maka mengabaikan masalah ini tidak akan pernah menjadi pilihan.”

Gaya tarik-menarik muatan serupa dalam fluida telah sering terlihat menggunakan ion multivalen, namun ion-ion ini merupakan spesies ionik yang tidak termasuk dalam teori DLVO (Derjaguin–Landau–Verwey–Overbeek) – perkiraan bahwa molekul bermuatan serupa akan tolak-menolak dalam jarak jauh. ketika gaya van der Waals terlalu lemah untuk mempengaruhi interaksi antar molekul.

Namun, sejumlah molekul yang diharapkan mengikuti aturan teori DLVO – seperti asam nukleat, liposom, polimer, dan partikel koloid dalam media air – telah terbukti memiliki tingkat tarik-menarik tertentu ketika terdapat muatan serupa.

Mengapa beberapa muatan sejenis dapat tarik menarik?

Teori tarik-menarik muatan dalam pelarut saat ini menganggap fluida sebagai sebuah kontinum tetapi mengabaikan beberapa rincian pelarut dan bagaimana ia berinteraksi dengan antarmuka padat. Namun, teori baru menunjukkan bahwa perilaku pelarut pada antarmuka mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap energi bebas interaksi total dari dua benda pembawa muatan ketika mereka saling mendekat.

Studi terbaru dari Krishnan dan rekannya menunjukkan bahwa pelarut memainkan peran yang tidak terduga namun penting dalam interaksi antarpartikel dan dapat mematahkan simetri pembalikan muatan. Tim juga menemukan bahwa tingkat interaksi antarpartikel yang menyebabkan pelarut sangat bergantung pada pH larutan.

Para peneliti menggunakan mikroskop medan terang untuk memeriksa berbagai partikel padat, termasuk silika anorganik, partikel polimer, dan permukaan berlapis polielektrolit dan polipeptida, dalam berbagai pelarut. Mereka menemukan bahwa dalam larutan air, partikel bermuatan negatif saling tarik menarik dan membentuk kelompok, sedangkan partikel bermuatan positif tolak menolak. Namun, dalam pelarut yang memiliki dipol terbalik pada antarmuka – seperti alkohol – yang terjadi adalah sebaliknya: partikel bermuatan positif saling tarik menarik dan partikel bermuatan negatif tolak menolak.

“Temuan ini menyarankan kalibrasi ulang besar-besaran terhadap prinsip-prinsip dasar yang kami yakini mengatur interaksi molekul dan partikel, dan yang kami temui pada tahap awal di sekolah dan pendidikan,” kata Krishnan. “Studi ini mengungkap perlunya penyesuaian terhadap sesuatu yang kami anggap sebagai 'prinsip buku teks'.”

Alasan mengapa muatan sejenis saling tarik-menarik disebabkan oleh pelarut yang mempunyai pengaruh besar terhadap interaksi antarpartikel, yang secara spontan dapat merakit partikel bermuatan serupa dalam larutan. Hal ini karena aksi gabungan muatan listrik pada antarmuka dan struktur solvasi antarmuka lokal menghasilkan “gaya elektrosolvasi” antara gugus fungsi bermuatan negatif dalam larutan, menyebabkan partikel saling tarik menarik dan berkelompok.

Tim juga menemukan bahwa tanda dan besarnya kontribusi energi bebas dapat berdampak pada apakah partikel-partikel tersebut membentuk sistem yang tersusun sendiri (energi bebas negatif akan mendorong spontanitas dan perakitan mandiri). Diperkirakan bahwa tarikan muatan serupa ini bertanggung jawab atas proses biologis berskala nanometer, seperti pelipatan biomolekuler makromolekul dalam tubuh.

Ketika ditanya tentang dampak penelitian ini, Krishnan mengatakan bahwa “perbatasan utama yang terbuka adalah bagaimana interaksi ini mempengaruhi biologi. Biologi sarat dengan muatan. Gaya-gaya ini merupakan landasan terjadinya interaksi antar molekul, memengaruhi cara molekul-molekul tersebut berkumpul, dikemas ke dalam ruang-ruang kecil, dan pada akhirnya menjalankan fungsinya.”

“Ini adalah arah yang paling menarik, dan saya berharap kita dapat menjawab setidaknya beberapa pertanyaan menarik di bidang umum,” tambah Krishnan.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/scientists-discover-that-like-charged-particles-can-sometimes-attract/