Co ciekawe, zjawisko określane czasem mianem problemu einsteina w rzeczywistości nie ma nic wspólnego z legendarnym naukowcem. Zamiast tego jego nazewnictwo wywodzi się od niemieckiego terminu ein stein, czyli kamień. W ramach wspomnianego zagadnienia badacze zastanawiają się, czy pojedynczy kształt może pokryć nieskończoną powierzchnię, nigdy nie tworząc powtarzającego się wzoru.
Czytaj też: Kwantowy fenomen w temperaturze pokojowej. Wielki sukces fizyków stał się faktem
Karl-Heinz Ernst i Jan Voigt zorganizowali niedawno eksperyment, w ramach którego cząsteczka doświadczyła krystalizacji na srebrnej powierzchni. Ale zamiast uporządkowanej struktury autorzy publikacji zamieszczonej w Nature Communications dostrzegli nieregularny i niepowtarzalny wzór. Przy każdym kolejnym podejściu do tego eksperymentu jego autorzy dostrzegali inny taki wzór.
Nietrudno zrozumieć, dlaczego początkowo uznawali ten fenomen za pokłosie popełnionej na którymś etapie pomyłki. Kiedy jednak lepiej przyjrzeli się sytuacji, zyskali pewność, że mają do czynienia z jak najbardziej realną sytuacją. Zarazem pojawiło się wiele wątpliwości, poczynając od tego, dlaczego cząsteczki układały się w taki właśnie sposób. Szukając odpowiedzi naukowcy doszli do wniosku, że kluczowa może być chiralność cząsteczek organicznych.
Niepowtarzalne struktury zaobserwowane przez naukowców są powiązane z tzw. problemem einsteina
Za sprawą tej cechy molekuły, choć identyczne, nie mogą być obracane względem siebie, co okazuje się istotne między innymi w przemyśle farmaceutycznym. Jednym ze sposobów na kontrolowanie chiralności jest krystalizacja cząsteczek chiralnych. Chcąc jak najlepiej zrozumieć stojący za tym mechanizm autorzy nowych badań wzięli pod uwagę cząsteczkę wykazującą chiralność w temperaturze pokojowej.
Zakładali, iż cząsteczki ułożą się w krysztale zgodnie ze swoją chiralnościa, lecz rzeczywistość okazała się zgoła odmienna: losowo ustawiły się w trójkąty o różnych rozmiarach, natomiast te utworzyły nieregularne spirale na powierzchni. Pierwotnie uznane za wynik błędu, takie wzory naprawdę okazały się niepowtarzalne. Z czasem badacze zorientowali się, iż układ molekuły nie był w pełni losowy, ponieważ trójkąty miały od 2 do 15 cząsteczek na bok, a przy każdym podejściu dominował jeden rozmiar trójkąta.
Czytaj też: Stworzyli przezroczyste aluminium. Niesamowity materiał zachwyca liczbą zastosowań
Jak wyjaśniają badacze, cząsteczki dążyły do pokrycia w najbardziej korzystny energetycznie sposób, ale chiralność sprawia, że trójkąty, które tworzą, nie pasują do siebie dokładnie na krawędziach, co prowadzi do ich delikatnego przesunięcia. Przy okazji mogą tworzyć się defekty stanowiące potencjalne środki spirali. Za ich sprawą możliwe staje się gęstsze ułożenie trójkątów, co zapewnia równowagę względem utraconej energii i wyjaśnia, dlaczego naukowcy nigdy nie znaleźli tego samego wzoru dwa razy.