מאת פסח בנסון • 30 באפריל 2026
ירושלים, 30 באפריל 2026 (TPS-IL) – תעלומה פיזיקלית בת מאה שנים מתקרבת לפתרון כאשר מחקר חדש שופך אור על האופן שבו נוזלים הופכים למוצקים נוקשים דמויי זכוכית ללא שינוי מבני ברור. הממצאים עשויים להשפיע על ייצור מזון, ג'לים, מלט ואף תרופות.
התופעה, הידועה כ"מעבר זכוכיתי", משפיעה על חומרים יומיומיים ותעשייתיים רבים, ממוצרי מזון ועד צבעים וג'לים, אך היה קשה לחזות בדיוק מתי נוזל זורם יתקשה פתאום. היא הותירה מדענים מבולבלים במשך יותר מ-100 שנים, מכיוון שחומרים יכולים להיראות מוצקים אך להישאר כמעט ללא שינוי ברמה המיקרוסקופית.
צוות של מדענים ישראלים וגרמנים הציג שיטה ניסיונית חדשה לצפייה במעבר על ידי מעקב אחר חלקיקים זעירים המשובצים בחומר. המחקר, שנערך על ידי פרופ' חיים דיאמנט ופרופ' יעל רויכמן מהחוג לכימיה באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם קבוצתו של פרופ' שטפן אגלשף מאוניברסיטת היינריך היינה בדיסלדורף, פורסם בכתב העת המוערך Nature Physics.
"החשיבות של מחקר זה אינה נעוצה רק בזיהוי חתימות חדשות של מעבר הזכוכית, אלא גם בהצעת פרספקטיבה רעננה על התופעה כולה", אמר דיאמנט. "הממצאים שלנו מראים שמעבר הזכוכית אינו רק האטה הדרגתית של תנועת החלקיקים, אלא מלווה בשינוי עמוק באופן שבו התנע מועבר מנקודה לנקודה בתוך החומר."
החוקרים השתמשו בקולואידים – נוזלים המכילים חלקיקים מיקרוסקופיים – כמערכת מודל. קולואידים הם תערובות בהן חלקיקים מוצקים זעירים מושעים בנוזל, מה שמאפשר לחומר לזרום כמו נוזל תוך התנהגות מורכבת בהתאם לצפיפות האריזה של החלקיקים. ככל שצפיפות החלקיקים גדלה, המערכת הופכת צפופה עד שהיא "ננעלת" ומתנהגת כמו מוצק.
החידוש המרכזי היה הוספת חלקיקי עקבה זעירים מאוד שנשארו ניידים גם כאשר החומר הסובב הואט באופן דרמטי. על ידי מעקב אחר זוגות של חלקיקי עקבה אלו באמצעות מיקרוסקופיה מתקדמת, הצליחו המדענים למדוד כיצד תנועה וכוחות מתפשטים במערכת בזמן אמת.
התוצאות הראו שינוי ברור באופן שבו החומר התנהג. בנוזל, תנועה מתפשטת למרחקים ארוכים דרך המערכת. כשהיא מתקרבת למצב הזכוכיתי, התפשטות זו נשברת, והחומר מתחיל להתנהג יותר כמו מוצק הבולע תנע במקום להעביר אותו.
המחקר זיהה שלוש חתימות ברורות למעבר זה. ראשית, שינוי באופן שבו מתפרקות קורלציות מרחביות עם המרחק. שנית, הופעתה של סולם אורך אופייני הולך וגדל הקשור לעלייה בצמיגות. שלישית, הופעת תנועות מנוגדות בין חלקיקים שכנים, המעידות על התפתחות התנגדות לגזירה, תכונה מרכזית של מוצקים.
מעבר לפיזיקה בסיסית, לשיטה זו יישומים מעשיים חשובים. היא עשויה לסייע בשיפור התכנון והעיבוד של ג'לים, צבעים, מוצרי מזון וחומרים תעשייתיים כמו תערובות מלט וקרמיקה. מערכות רבות אלו יכולות לעבור בפתאומיות מזרימה חלקה לסתימה או התמצקות, מה שיוצר אתגרים משמעותיים בייצור. הגישה החדשה מציעה דרך לחזות ולשלוט טוב יותר במעברים אלו, ולשפר יציבות, מרקם וביצועים.
הטכניקה עשויה להועיל גם לביולוגיה ולרפואה, שם רקמות, דם וסביבות תאיות מתנהגות לעיתים קרובות כחומרים שהם חלקם נוזליים וחלקם מוצקים. הבנה מתי וכיצד מערכות אלו מתקשות עשויה לשפר את המחקר על ריפוי פצעים, התקדמות מחלות ומערכות להעברת תרופות המסתמכות על שינויים מבוקרים בעקביות החומר בתוך הגוף.