Un foglio di carta piegato mantiene una piega. Anche se la spieghi, quella storia rimane. È un esempio basilare di memoria materiale. Le strutture microscopiche conservano informazioni su come sono state spremute, allungate o mescolate.
Questa non è solo curiosità sulla fisica. Comprendere come si formano questi segni potrebbe cambiare il modo in cui progettiamo materiali che reagiscono al loro ambiente. Potrebbe anche servire da modello fisico per le neuroscienze. In che modo la memoria a breve termine sovrascrive la memoria a lungo termine? Una sospensione di particelle in un liquido denso sembra offrire una risposta letterale.
I ricercatori della Penn State hanno scoperto che due ricordi concorrenti possono coesistere in semplici sospensioni. Combattono. Si alterano a vicenda. E a volte uno uccide l’altro.
Quando i ricordi si scontrano
Lo studio si concentra sulle sospensioni non browniane. Pensa allo sciroppo di cioccolato o al cemento bagnato. Grandi particelle galleggiano in un liquido viscoso. Sono troppo pesanti per il movimento browniano, la danza nervosa guidata dall’energia termica. Invece, il loro movimento è dettato da forze esterne. Mescolando. Agitare.
Lavori precedenti hanno dimostrato che queste miscele conservano dati specifici. Mescolarli imprime una memoria direzionale. Farli oscillare da un lato all’altro registra l’ampiezza, o la forza, di quel movimento. Finora ogni ricordo era stato studiato isolatamente.
Surendra Padamata, lo studente laureato capo del progetto, lo ha detto senza mezzi termini: “Quando salvi un file sul tuo computer, la nuova memoria non influenza nessun altro file già presente. Ma nelle neuroscienze sappiamo che una memoria a lungo termine potrebbe cambiare nel tempo”.
Consideriamo un libro letto durante l’adolescenza. È una storia semplice quindi. Leggilo decenni dopo, dopo che la vita ha complicato la tua visione e gli strati cambiano. Nuove esperienze a breve termine riscrivono l’interpretazione dei vecchi dati.
Il team voleva vedere se la materia si comporta in questo modo. Può un materiale ricordare sia dove è stato spinto sia con quanta forza? E cosa succede quando quei ricordi entrano in conflitto?
Cancellare il passato
La risposta sta nell’intensità.
Negli esperimenti pubblicati su Physical Review Letters – e selezionati come suggerimento di un editore – i ricercatori hanno prima agitato la sospensione. Questo bloccato in un record direzionale. Quindi, hanno fatto oscillare la miscela a varie intensità.
Il dolce dondolio ha permesso a entrambi i ricordi di sopravvivere. La sospensione ricordava l’agitazione iniziale e la leggera oscillazione.
Ma hai alzato il caldo? Letteralmente, il movimento.
Man mano che l’oscillazione si rafforzava, la memoria direzionale cominciò a svanire. Non si è semplicemente indebolito. È scomparso. Ad una certa soglia, la nuova mozione cancella completamente il percorso precedente, riportando la sospensione ad uno stato perfettamente simmetrico e vuoto.
“Oltre quella soglia, l’oscillazione stessa inizia a creare una nuova memoria direzionale”, ha osservato Padamata. Il vecchio record era sparito. Il nuovo ha preso il sopravvento.
Perché c’è competizione
Perché un ricordo cancella l’altro? Il team propone una semplice ragione meccanica: la frequenza del contatto.
Durante l’oscillazione debole, le particelle non si scontrano tra loro abbastanza spesso da distruggere la struttura esistente. Entrambi i ricordi persistono.
Ma forti forze oscillanti sono frequenti e violenti. Le particelle rimescolano la configurazione troppo velocemente perché la vecchia storia direzionale possa reggerla. Il sistema si ripristina.
Questo limite alla capacità di memoria potrebbe essere universale. Appare non solo nei liquidi. Nathan Keim, professore associato e leader del team, sottolinea che memorie direzionali e di ampiezza simili si manifestano nei vetri morbidi e negli impacchi granulari. Questi materiali hanno una fisica microscopica molto diversa. Eppure condividono questo vincolo.
La materia disordinata sembra avere uno schedario limitato. Non può ordinare infiniti input concorrenti.
Oltre il banco di laboratorio
Le implicazioni vanno ben oltre le riviste di fisica.
Keim suggerisce che questi risultati potrebbero modellare la memoria biologica. O forse la geofisica. Immagina strati rocciosi che conservano “ricordi” di cambiamenti di temperatura o vibrazioni del passato. Questi segni interni potrebbero predire i rischi di terremoto? Crolla una voragine?
Se le rocce ricordassero, potremmo essere in grado di cancellare quei ricordi pericolosi. Potremmo trovare un modo per azzerare la tensione, riducendo il rischio geologico o costruendo modelli predittivi migliori per le aree soggette a disastri.
Il programma scientifico Human Frontier ha finanziato questo studio sull’ostinazione della materia. I risultati sono crudi. La memoria nella materia non è un archivio statico. È un campo di battaglia.
E a volte vince la voce più forte.
