Uma transição em nemáticos ativos produz defeitos lentos e de forte interação, um comportamento confirmado em células vivas
Nemáticos são materiais feitos de partículas semelhantes a bastonetes que tendem a se alinhar na mesma direção. Nos nemáticos ativos, esse alinhamento é constantemente interrompido e renovado porque as partículas são impulsionadas por energia biológica ou química interna. À medida que o campo de orientação se torce e se reorganiza, ele cria pontos de defeitos topológicos onde o alinhamento é interrompido. Estes defeitos são centrais para o comportamento colectivo da matéria activa, moldando fluxos, padrões e auto-organização.
Neste trabalho, os pesquisadores identificam uma transição de fase topológica ativa que separa dois regimes distintos de organização de defeitos. À medida que o sistema se aproxima desta transição a partir de baixo, a dinâmica diminui drasticamente: o relaxamento da densidade do defeito torna-se lento, as flutuações no número de defeitos aumentam em amplitude e tempo de vida, e o sistema torna-se cada vez mais sensível a pequenas mudanças na atividade. No ponto crítico, os defeitos começam a interagir por longas distâncias, com comprimentos de correlação que aumentam com o tamanho do sistema. Este comportamento produz um impressionante padrão de escala dupla, as flutuações dos defeitos parecem uniformes em escalas pequenas, mas tornam-se anti-hiperuniformes em escalas maiores, o que significa que o número de defeitos varia muito mais do que o esperado a partir de uma distribuição aleatória.
Uma descoberta importante é que esta anti-hiperuniformidade se origina do agrupamento de defeitos. Em vez de formar estruturas ordenadas ou sofrer separação de fases, os defeitos tendem a aparecer perto dos defeitos existentes, criando clusters multiescala. Isto distingue a transição de processos bem conhecidos de eliminação de defeitos, como a transição Berezinskii-Kosterlitz-Thouless em nemáticos passivos ou a transição nemático-isotrópica em sistemas ativos selecionados. Acima da atividade crítica, o sistema entra num estado turbulento carregado de defeitos, onde os defeitos são distribuídos de forma mais uniforme e as correlações tornam-se negativas e de curto alcance.
Os investigadores confirmam estes comportamentos experimentalmente utilizando medições de grande campo de visão de monocamadas de células endoteliais, que são as células que revestem os vasos sanguíneos. O mesmo comportamento de escala dupla, correlações de longo alcance e agrupamento aparecem nestes tecidos vivos, demonstrando que a transição é robusta em todos os tamanhos do sistema, variações de parâmetros, amortecimento friccional e condições de contorno.
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