ガラスが固体でも液体でもない場合、それは何ですか？ Flickrユーザー-Kenzie-の写真
メルローのグラス 世界はバラ色に見えるかもしれませんが、それは物理学者の欲求不満の原因にもなります。 ワインは注ぎ、はね、渦巻きますが、ガラスは固い容器のように硬いままです。 メルローを拡大表示すると、分子は近くに保持されているが、固定位置なしで動き回っているのがわかります。 ワイングラスを拡大すると、この無秩序な配置も表示されますが、動きはありません。
原子レベルでは、物質の2つの形式は同じに見えます。 ガラスは固く凍結していても、たとえば角氷に見られる硬い結晶構造を欠いています。
ガラスを研究している科学者は、二十面体の歪んだバージョンを観察しました（左の二十面体、右の歪んだバージョン）。 科学によるイメージ/ Chen and Kotani
職人は何千年もの間ガラスを製造しており、科学者は何十年もその構造を研究してきましたが、これまで、ガラスを形成する液体の結晶化を妨げるものを確認する明確な実験的証拠はありませんでした。 Scienceでオンラインで公開された新しい論文で、日本の研究者チームは強力な電子回折顕微鏡を使用しました まだ最も小さなスケールでガラスを見るために。 このような高解像度では、20個の顔を持つ3次元形状である20面体の歪んだバージョンに原子が詰め込まれた、いくつかの眼鏡の基本単位に見えるものが見えました。
研究チームは、洗練された幾何学ツールを使用して、システムが「高密度の原子パッキングと低エネルギー状態を保持できる」ことを報告している。の開発を妨げる よく組織された結晶。
ガラス内の原子の顕微鏡画像の複数のビュー（右）により、研究者は、原子を構成する特定の二十面体の歪みのレベルを図にできました（左）。 科学によるイメージ/ Chen and Kotani
研究者たちは、あなたの平均的な窓ガラスではなく、ジルコニウムとプラチナで作られたガラスを研究していましたが、ガラスの結果はもっと広く当てはまるかもしれません。 原子の組織化方法を理解することにより、材料科学者は新しいメガネを作成し、所有しているメガネを操作する方法を見つけることができます。
しかし、ガラスは理解されていません。 この研究では、いくつかの液体がガラスを形成する理由を説明していますが デューク大学の化学者パトリック・シャルボノーは、結晶化する代わりに、これらの液体が固体になるほど遅くなる理由を説明していません。 科学者の大規模なコミュニティは、1980年代から低迷を解決しようと試みてきましたが、解決策に同意することはできず、最良のアプローチについても議論しています。
人気のある戦略の1つは、特定の空間を原子がどのように満たすかを理解しようと一歩後退します。 ガラス内の原子を固い球体としてまとめて処理します。 シンプルでしょ？ 「量子力学はなく、ひも理論はありません。宇宙空間を呼び出す必要はありません」とCharbonneauは言います。 しかし、このようにガラスを研究することでさえ、非常に多くの粒子が占める可能性のある位置を把握することに伴う複雑さのために、非常に困難であることが証明されています。 球体の配置を記述するという固有の課題に加えて、このアプローチは単純化であり、実際の眼鏡にどの程度関連するかは明確ではありません。
それでも、Charbonneauは、そのような研究の問題について話すと、元気になります。 彼の過去の数年間が大きな進歩をもたらしたと信じているため、彼のガラスのメルローは半分いっぱいです。 科学者は、ガラスに関する質問をする際により創造的になったと彼は言う。 Charbonneau自身の研究では、高次元のガラスをシミュレートしています。これは、3次元ガラスの乱れの程度に重要な影響を与える可能性のある発見です。 他の研究者は、過冷却液体にいくつかの粒子を固定した場合に何が起こるかを考えており、そのような液体がどのようにガラス状態になるかを明らかにしたいと考えています。 さらに、ガラス中の原子を、生物学的細胞のように自力で動くことができる存在として考えています。 これらの努力はすべて、ガラスの形成に寄与する相互作用のタイプを決定しようとしているので、科学者はそれを見たときに本当に良い低迷理論を認識するでしょう。
動きについてのこのような話にもかかわらず、すぐにワイングラスが目に見える形で流れるとは思わないでください。 このガラスは「宇宙のタイムスケールよりも長持ちします」とシャルボノーは言います。 中世の大聖堂のステンドグラスは、ガラスの流れが二段になっているため、底が厚いと主張しています。 しかし、なぜそれが流れないのかはまだ謎のままです。
