近一個世紀以來，科學家們一直在絞盡腦汁，重新思考關於一個看似平淡無奇的問題的理論：自然界是如何將電子、細胞或其他粒子組織到球體表面上的？現在，今天發表在《科學》雜誌上的一項研究提供了實驗證據，表明粒子組織成晶體網路，並穿插著可預測的裂縫和缺陷模式。由於自然界中的許多事物都是球形的，因此這項發現的潛在應用非常廣泛：從病毒微生物學和化學工程到地質學。
當你在臺球比賽開始時擺放球時，中心球正好接觸六個其他球，這種排列方式被稱為三角形晶格，它代表了均勻大小的晶體、細胞或其他相同大小的粒子在平面上排列的方式。幾十年來，物理學家們已經明白這種模式無法無縫地包裹在一個球體周圍，但他們不知道網路中的自然斷裂將如何組織。一些人推測，如果同樣的檯球排列方式要擴充套件到一個沙灘球周圍，那麼堆積結構的不規則性就會發生，這樣——有些球只會接觸五個球，而另一些球則會有第七個鄰居，而不是接觸標準的六個球。
由慕尼黑工業大學的安德烈亞斯·鮑施領導的一個國際研究團隊設計了一個實驗來檢驗這一理論。科學家們首先將微小的水滴懸浮在油性混合物中。然後，他們添加了微小的、完全球形的聚苯乙烯珠，並搖晃液體以製造出類似蛋黃醬的乳液。當珠子在液體中擴散時，研究人員使用連線到簡單顯微鏡的數碼相機記錄了這一過程。影像顯示，珠子圍繞水滴組織成晶體網路，這符合他們的理論。報告稱，在直徑約為25微米或更小的球形表面上出現了12個孤立的缺陷。但在較大的球體上，排列中的缺陷傾向於聚集在一起，形成裂縫，或所謂的疤痕，在原本緊密堆積的晶體外殼中。
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該研究的共同作者、雪城大學的馬克·鮑威克認為，只要任何球形晶體大於約 25 微米寬，同樣的、可預測的過程就將適用。這項工作的應用可能使微生物學家能夠破解病毒和細菌的盔甲狀蛋白質外殼，使地質學家能夠深入瞭解構造學，並使化學工程師能夠設計新的化學物質。“您可能在談論微米尺度或行星或大氣層，”鮑威克說。“我相信還有一些我們尚未想到的事情。”