Eine verblüffende wissenschaftliche Entdeckung: Eine Flüssigkeit, die in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt

Ein Forscherteam unter der Leitung eines Physikstudenten der University of Massachusetts Amherst hat eine überraschende Entdeckung gemacht, die sie als "formwiederherstellende Flüssigkeit" bezeichnen und damit einige lang gehegte Erwartungen in Frage stellt, die sich aus den Gesetzen der Thermodynamik ergeben.

Die in Nature Physics veröffentlichte Forschungsarbeit beschreibt eine Mischung aus Öl, Wasser und magnetisierten Partikeln, die sich beim Schütteln immer schnell in die klassisch gekrümmten Linien einer griechischen Urne auflösen. "Stellen Sie sich Ihr liebstes italienisches Salatdressing vor", sagt Thomas Russell, Silvio O. Conte Distinguished Professor of Polymer Science and Engineering an der UMass Amherst und einer der Hauptautoren der Studie.

"Sie besteht aus Öl, Wasser und Gewürzen, und bevor man sie über den Salat gießt, schüttelt man sie, um alle Zutaten miteinander zu vermischen. Es sind diese Gewürze, diese kleinen Stückchen von etwas anderem, die es ermöglichen, dass sich Wasser und Öl, die sich normalerweise gegenseitig ausschließen, vermischen, ein Prozess, der Emulgierung genannt wird und durch die Gesetze der Thermodynamik beschrieben wird.

Eine Flüssigkeit, die ihre Form beibehält

Die Emulgierung ist die Grundlage für eine Vielzahl von Technologien und Anwendungen, die weit über Würzmittel hinausgehen. Eines Tages mischte der UMass Amherst-Absolvent Anthony Raykh im Labor eine Charge dieses wissenschaftlichen "Salatdressings", um zu sehen, was er kreieren könnte - nur dass er statt Gewürzen magnetisierte Nickelteilchen verwendete, "weil man alle möglichen interessanten Materialien mit nützlichen Eigenschaften entwickeln kann, wenn eine Flüssigkeit magnetische Teilchen enthält", sagt Raykh.

Er bereitete seine Mischung vor, schüttelte sie, und zur Überraschung aller nahm die Mischung diese schöne, makellose Urnenform an. Ganz gleich, wie oft und wie kräftig er sie schüttelte, die Urne nahm immer wieder ihre ursprüngliche Form an.

"Ich dachte: 'Was ist das?' Also ging ich durch die Flure der Abteilung für Polymerwissenschaft und -technik, klopfte an die Türen meiner Professoren und fragte, ob sie wüssten, was los sei", so Raykh weiter. Keiner wusste es. Aber Russell und David Hoagland , Professor für Polymerwissenschaft und -technik an der UMass Amherst, der andere Hauptautor der Arbeit und ein Spezialist für weiche Materialien ( ), wurden darauf aufmerksam .

Das Team führte Experimente durch und kontaktierte Kollegen an den Universitäten Tufts und Syracuse, um Simulationen zu erstellen. Gemeinsam stellten sie fest, dass Magnetismus - "starker" Magnetismus - das unerklärliche Phänomen, das Raykh entdeckt hatte, erklären kann.

"Indem wir uns die einzelnen magnetisierten Nickel-Nanopartikel, die die Barriere zwischen Wasser und Öl bilden, genau ansehen", sagt Hoagland, "können wir sehr detaillierte Informationen darüber gewinnen, wie sich die verschiedenen Formen zusammensetzen. In diesem Fall sind die Partikel so stark magnetisiert, dass ihr Zusammenbau den Emulgierprozess stört, wie er durch die Gesetze der Thermodynamik beschrieben wird".

Eine unerwartete Wendung

Normalerweise verringern Partikel, die einem Gemisch aus Öl und Wasser zugesetzt werden , die Spannung an der Grenzfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten, so dass sie sich vermischen können. Eine unerwartete Wendung ist jedoch, dass Partikel mit ausreichendem Magnetismus die Grenzflächenspannung erhöhen und die Grenze zwischen Öl und Wasser in eine elegante Kurve biegen.

"Wenn man etwas sieht, das nicht möglich sein sollte, muss man es untersuchen", sagt Russell. Obwohl es noch keine Anwendungen für seine neue Entdeckung gibt, ist Raykh gespannt darauf, wie dieser noch nie dagewesene Zustand das Gebiet der Physik der weichen Materie beeinflussen wird.

Quellenhinweise:

Anthony Raykh et al, Shape-recovering liquids, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02865-1