Even wachten, en als vanzelf stromen de bolletjes eensgezind

Foto nature

Het kolkt, vloeit en botst. Maar wacht nog even. Binnen een paar minuten stromen deze duizenden plastic bolletjes allemaal dezelfde kant op. Zonder dat ze gestuurd worden.

„We wilden al járen een systeem maken waarin deeltjes uit zichzelf een nette band vormen”, zegt de Franse fysicus Denis Bartolo. Hij publiceerde deze week in Nature. Zijn vakgebied draait om ‘actieve materie’. De stromingen in bacteriekolonies, zwermende sprinkhanen, het kolken van een school vissen. En kunstmatige systemen waarin deeltjes zulk gedrag nabootsen.

Met dat laatste houdt Bartolo zich bezig. „Wij zijn natuurkundigen”, begint hij aan de telefoon. „Het was niet onze bedoeling om de interactie tussen twee vissen of bacteriën exact na te doen.” Alle deeltjes moesten uit zichzelf dezelfde kant op, daar ging het om.

De plastic bolletjes zijn wel ongeveer even groot als bacteriën. Ze liggen in een geleidende vloeistof en rollen onder invloed van een elektrisch veld in willekeurige richtingen – een effect dat ‘Quincke-rotatie’ heet. Komen twee rollende bolletjes elkaar tegen, dan volgen ze elkaar. Dat komt vooral door de bewegingen in de vloeistof, terwijl de (afstotende) elektrostatische lading op de bolletjes er daarbij voor zorgt dat ze afstand houden.

Bartolo liet de bolletjes hun gang gaan in een circuit van 5 centimeter lang. Hij noemt het ‘de racebaan’, al beweegt de bollenstroom maar 11 meter per uur. De foto (eigenlijk elf opnames over elkaar) toont een moment uit het begin van een race. De deeltjes hebben zich al deels georganiseerd, maar zijn het nog niet eens over welke kant ze op gaan. Maar na die eerste grillige bewegingen draaien de bolletjes eensgezind hun rondjes. Bartolo: „In groepen voetgangers vormen zich ook altijd banden. Dat is mathematisch al beschreven, maar met dit systeem kunnen we dat gaan simuleren.” Hester van Santen