فیزیکدانان در ژاپن، با تنگ کردن حلقه‌های روبان، رفتارهای متنوعی را مشاهده کرده‌اند. این نتایج می‌تواند چگونگی پدیده‌های زیستی مانند برهمکنش پروتئین‌ها با DNA و صعود پیچک‌ها را توضیح دهد.

هیروفومی وادا (Hirofumi Wada) فیزیکدان دانشگاه ریتسومیکان (Ritsumeikan University) می‌گوید: «شکل روبان بسیار متداول است». پدیده‌های روبان‌شکل در باکتری‌های مارپیچ، پروتئین‌‌ها و نانوموادها دیده می‌شود. «برای مطالعه بسیاری از مسایل زیستی، باید ویژگی‌های اساسی مواد روبان‌شکل را بشناسیم.»

آزمایش وادا و همکارانش سرراست بود: یک گره در روبان بزنید، دو سر روبان را بگیرید و حلقه را بکشید و ببینید چه می‌شود. «ابتدا فکر می‌کردیم که حتما کسی این را کرده است. باید کسی این کار را قبلا انجام داده باشد.»

رفتار غیرشهودی

اگرچه روبان ساده به نظر می‌رسد، رفتار آن بسیار پیچیده‌تر از یک سیم یک‌بعدی است. جولین شاپن (Julien Chopin) که در این پژوهش‌ نقشی نداشته ضمن بیان نکته ادامه می‌دهد که بر خلاف سیم، روبان یک بعد اضافی یعنی پهنا دارد. خم کردن روبان مانند سیم ساده است اما خم کردن روبان در امتداد این بعد اضافی دشوار است. شاپن می‌گوید این قید اضافی در هندسه روبان، منجر به رفتاری پیچیده و غیرشهودی می‌شود.

پژوهشگران دریافته‌اند که بسته به پیکربندی اولیه حلقه، کشیدن آن باعث سه شکل متمایز هندسی می‌شود. حلقه می‌تواند کوچک شود تا یه «گره» تشکیل بشود. در این صورت روبان چروکیده می‌شود. ‌به‌علاوه، حلقه می‌تواند دو نوع شکل تابیده ایجاد کند: «پیچوار» و «بیرون‌زده» که هیچ‌کدام روبان را چروکیده نمی‌کند. با انجام هزاران باره آزمایش‌ها با هزاران روبان‌ کاغذی، آن‌ها دریافته‌اند که شرایط هندسی منجر به این سه شکل گوناگون می‌شود.

همچنین، پژوهشگران کشف کرده‌اند رفتار حلقه تنها به هندسه روبان و نه جنس آن‌ بستگی دارد. وادا می‌گوید: «هرچند هنوز مطمئن نیستیم که این ویژگی عمومی باشد.»

مدل‌های بزرگ

این روبان‌های ماکروسکوپی، مدلی بزرگ و عملی برای مطالعه روبان‌های میکروسکوپی هستند. اگرچه روبان‌های کاغذی بسیار بزرگتر از ساختارهای درون باکتری‌ها یا نانوساختارها هستند، کنترل‌ و دستکاری آن‌ها ساده‌تر است. شاپن می‌گوید: «با این نوع آزمایش ماکروسکوپی، می‌توانید تقریبا همه‌چیز را به سادگی اندازه‌گیری کنید».

به‌علاوه، وادا می‌گوید که کاغذ ارزان است. «همچنین برای همه و نه تنها دانشمندان جذاب است». وادا تعدادی از اسباب‌بازی‌های کاغذی را در دفترش نگاه می‌دارد، مثل یک کاغذ رنگین‌کمانی مارپیچی که از سقف اتاقش آویزان است.

قدم بعدی گروه این است که آزمایش را با مواد مختلف تکرار کند تا اثرات کشسانی را بر هندسه حلقه دریابند. پژوهشگران مشغول انجام آزمایش‌هایی مشابه با نوار لاستیکی هستند.

این آزمایش در Physical Review Letters چاپ شده است.

نویسنده: سوفیا چان نویسنده آزاد در توسان، آریزونا است.

منبع: Loops of ribbon inspire physicists