Ülikooli tudeng lahendas hiljuti füüsikute hämmingus üle poole sajandi kestnud küsimuse: miks näivad gaasimullid takerdumas kitsaste vertikaalsete torude sisse? Vastus võib aidata selgitada looduslike gaaside käitumist, mis on lõksus poorsesse kivimi.
Aastaid tagasi märkasid füüsikud, et vedelikuga täidetud piisavalt kitsas torus olevad gaasimullid ei liikunud. Kuid see on "omamoodi paradoks", ütles vanem autor John Kolinski, Šveitsi föderaalse tehnikainstituudi Lausanne'i (EPFL) mehaanikainseneri osakonna abiprofessor.
Selle põhjuseks on asjaolu, et gaasimull on vähem tihe kui seda ümbritsev vedelik, nii et see peaks tõusma toru ülaossa (samamoodi nagu õhumullid klaasi vahuvees tõusevad ülaossa). Veelgi enam, ainus takistus vedelikus voolab, kui see vedelik liigub, kuid sel juhul vedelik seisab.
Kangekaelse mulli juhtumi lahendamiseks otsustasid Kolinski ja Wassim Dhaouadi, kes olid omal ajal Kolinski laboris töötanud bakalaureuseõppe üliõpilased ja kes praegu lõpetavad ETH Zürichi magistrikraadi, proovida seda proovida, kasutades meetodit, mida nimetatakse "häirete mikroskoopiaks". " See meetod on sama, mida kasutatakse laserinterferomeetri gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskuse (LIGO) detektoril gravitatsiooniliste lainete leidmiseks, ütles Kolinski.
Kuid sel juhul kasutasid teadlased eritellimusel valmistatud mikroskoopi, mis paistab proovile valgust ja mõõdab tagasi põrkuva valguse intensiivsust. Kuna valgus põrkub tagasi vastavalt sellele, mida ta tabab, võivad tagasituleva valguse mõõtmised aidata uurijatel aru saada, kui "paks" materjal on. Sel viisil sondeerisid nad isopropanooliga alkoholiga täidetud õhukese tuubi sisse jäänud ujuvat mulli. Alkohol lubas neil teha "isepuhastuva eksperimendi", mis oli vajalik, kuna tulemusi oleks seganud igasugune saastumine või mustus, ütles Kolinski.
Alustades 1960. aastatel Brethertoni nimelise teadlasega, uurisid teadlased seda nähtust teoreetiliselt, kuid seda ei mõõdetud kunagi varem. Mõnede arvutuste kohaselt ümbritseb mulli toru külgi puudutav äärmiselt õhuke vedelikukiht, mille suurus väheneb aeglaselt ja kaob lõpuks, ütles Kolinski. See õhuke kiht tekitaks vastupanu mulli liikumisele, kui see üritab tõusta.
Teadlased tõepoolest vaatasid seda väga õhukest kihti gaasimulli ümber ja mõõtsid, et selle paksus oleks umbes 1 nanomeeter. See kustutab mulli liikumise, nagu teoreetiline töö oli ennustanud. Kuid nad leidsid ka, et vedel kiht (mis moodustub seetõttu, et rõhk gaasimullis surub vastu toru seinu) ei kao, vaid püsib kogu aeg ühtlasel paksusel.
Õhukese vedelikukihi mõõtmiste põhjal suutsid nad ka selle kiiruse arvutada. Nad leidsid, et gaasimull pole üldse kinni, vaid liigub õhukese kihi põhjustatud takistuse tõttu palja silmaga nähtamatu kiirusega pigem "erakordselt aeglaselt", ütles Kolinski. Kuid nad leidsid ka, et vedeliku ja mulli kuumutamisel suutsid nad õhukese kihi kaduda - see on uudne idee, mida võiks olla "põnev" edasistes uuringutes uurida, lisas ta.
Nende avastused võiksid aidata maateaduste valdkonda. "Kui teil on gaasi, mis on piiratud poorses keskkonnas", näiteks maagaas poorses kivis või kui proovite minna vastupidises suunas ja püüda kivisse süsinikdioksiidi kinni, siis on teil palju gaasimulle, mis asuvad kinnistes ruumides, ütles Kolinski. "Meie tähelepanekud on seotud nende gaasimullide piiritlemise füüsikaga."
Kuid põnevuse teine osa on see, et see uuring näitab, et "võite lasta inimestel kõigil karjääri etappidel anda väärtuslikku panust", ütles Kolinski. Dhaouadi "ajendas projekti eduka tulemuse poole", ütles Kolinski.
Tulemused avaldati 2. detsembril ajakirjas Physical Review Fluids.
