Студент на университета наскоро реши въпрос, който озадачава физиците в продължение на повече от половин век: Защо се появяват газови мехурчета, които се забиват в тесни вертикални тръби? Отговорът може да помогне да се обясни поведението на природните газове, които са в капан в порести скали.
Преди години физиците забелязаха, че газовите мехурчета в достатъчно тясна тръба, пълна с течност, не се движат. Но това е „един вид парадокс“, каза старши автор Джон Колински, доцент в катедрата по машиностроене в Швейцарския федерален технологичен институт Лозана (EPFL).
Това е така, защото газовият балон е по-малко плътен от течността, която го заобикаля, така че трябва да се издигне до върха на тръбата (точно както въздушните мехурчета в чаша газирана вода ще се издигнат до върха). Нещо повече, единственото съпротивление срещу течността в течност идва, когато тази течност се движи, но в този случай течността стои неподвижна.
За да разрешат случая с упорития балон, Колински и Васим Дхауади, който по това време беше студент по специалност инженер, работещ в лабораторията на Колински и сега завършва магистратура в ETH Цюрих, решиха да го проучат, използвайки метод, наречен „интерференционна микроскопия. " Този метод е същият, който се използва от лазерния интерферометър на гравитационно-вълновата обсерватория (LIGO), за да намери гравитационни вълни, каза Колински.
Но в този случай изследователите са използвали микроскоп по поръчка, който свети светлина върху пробата и измерва интензитета на светлината, която отскача назад. Тъй като светлината отскача по различен начин въз основа на това, което удря, измерванията на светлината, отскачаща назад, могат да помогнат на изследователите да разберат колко "дебел" е материал. По този начин те пробиха плаващ балон, хванат в тънка тръба, напълнена с алкохол, наречен изопропанол. Алкохолът им позволи да проведат „експеримент за самопочистване“, който беше необходим, защото резултатите биха били объркани от всякакъв вид замърсяване или мръсотия, каза Колински.
Започвайки с учен на име Бретертън през 60-те години на миналия век, изследователите проучват теоретично този феномен, но той никога не е бил пряко измерен преди. Някои изчисления предполагат, че балонът е заобиколен от изключително тънък слой течност, докосваща страните на тръбата, която бавно намалява по размер и в крайна сметка изчезва, каза Колински. Този тънък слой би създал съпротива срещу движението на балона, докато се опитва да се издигне.
Изследователите наистина наблюдават този много тънък слой около газовия мехур и го измерват до дебелина около 1 нанометър. Това угасва движението на балона, както теоретичната работа беше предвидила. Но те също откриха, че течният слой (който се образува, защото налягането в газовия мехур се натиска към стените на тръбата) не изчезва, а по-скоро остава с постоянна дебелина.
Въз основа на измерванията си на тънкия слой течност те също бяха в състояние да изчислят скоростта му. Те откриха, че газовият балон изобщо не е залепнал, а по-скоро се движи „извънредно бавно“ с темп, невидим с просто око, поради съпротивлението, причинено от тънкия слой, каза Колински. Въпреки това те откриха също, че чрез нагряване на течността и мехурчето те успяха да накарат тънкия слой да изчезне - нова идея, която би могла да бъде „вълнуваща“ за изследване при бъдещи изследвания, добави той.
Техните открития биха могли да помогнат за информиране на областта на науките за земята. "Всеки път, когато имате газ, който е затворен в пореста среда", като природен газ в пореста скала, или ако се опитвате да отидете в обратна посока и да хванете въглероден диоксид вътре в скалата, тогава имате много газови мехурчета, които са в затворени пространства, каза Колински. "Нашите наблюдения са свързани с физиката на това как тези газови мехурчета са затворени."
Но другата част от вълнението е, че това проучване показва, че „можете да имате хора на всички етапи от кариерата си да правят ценни приноси“, каза Колински. Дхауади "насочи проекта към успешен резултат", каза Колински.
Резултатите бяха публикувани на 2 декември в списанието Physical Review Fluids.
