Em busca do absorvedor ideal, os físicos criaram o labirinto mais complexo do mundo

Uma das formas exóticas de matéria são os quasicristais. Eles mantêm uma estrutura ordenada, mas não é ideal e não é uma cópia exata de si mesma. Áreas promissoras para o uso de quasicristais são consideradas substâncias absorventes e síntese (dobramento) de proteínas. Uma equipe de físicos do Reino Unido e da Suíça decidiu resolver radicalmente o problema de projetar tais estruturas, que também são os labirintos mais complexos do mundo.

Modelo de um quasicristal com caminho hamiltoniano. Fonte da imagem: Universidade de Bristol

Este problema é obviamente muito mais antigo do que sabemos. Pelo menos, um caso especial de quasicristais foi levantado por cientistas há cerca de 300 anos no problema do movimento do cavaleiro. Essa peça de xadrez deveria percorrer todas as casas do tabuleiro sem repetir e retornar à sua posição original. Em geral, esse comportamento é denominado ciclo hamiltoniano (ou caminho, se não houver necessidade de retornar ao ponto inicial). Se olharmos o problema de forma ainda mais ampla, estamos falando da criação de fractais – padrões geométricos baseados na repetição de pequenos elementos semelhantes à estrutura geral.

Em seu estudo, os cientistas usaram um mosaico Ammann-Benker não periódico (ladrilho). Não menos famoso é o mosaico Penrose. O moderno escritor americano de ficção científica Neal Stevenson dedicou tempo e espaço a esse fenômeno gráfico, utilizando-o em sua obra “Anathem”, que é simplesmente uma leitura obrigatória para qualquer pessoa interessada em história natural. Os cientistas usaram a ideia para simular ciclos em que cada átomo da rede cristalina de um quasicristal pudesse ser visitado apenas uma vez, conectando todos os átomos do início ao fim em uma única linha que nunca se cruza. Além disso, tal estrutura pode ser dimensionada infinitamente como fractais.

Mosaico Ammann-Benker (ladrilhos)

O objetivo do trabalho realizado não foi criar quebra-cabeças labirínticos para entretenimento de cidadãos entediados. Em primeiro lugar, o novo modelo pode ajudar na otimização das tarefas logísticas. Também pode ser utilizado para resolver o problema de obtenção de novas formas espaciais (dobramento) de proteínas. Finalmente, a absorção de dióxido de carbono ou outras moléculas será muito mais eficiente se tais estruturas cristalinas labirínticas forem utilizadas. A fractalidade, neste caso, multiplicará o efeito devido ao potencial de esmagamento em partes menores.