Universitātes students nesen atrisināja jautājumu, kas ir neizpratnē par fiziķiem vairāk nekā pusgadsimta garumā: Kāpēc šķiet, ka gāzes burbuļi iesprūst šaurās vertikālās caurulēs? Atbilde var palīdzēt izskaidrot dabisko gāzu izturēšanos, kas ieslodzītas porainos iežos.
Pirms gadiem fiziķi pamanīja, ka gāzes burbuļi pietiekami šaurā caurulē, kas piepildīta ar šķidrumu, nepārvietojas. Bet tas ir "sava veida paradokss", sacīja vecākais autors Džons Kolinskis, Šveices Federālā tehnoloģiju institūta Lozannas (EPFL) mašīnbūves katedras docents.
Tas ir tāpēc, ka gāzes burbulis ir mazāk blīvs nekā šķidrums, kas to ieskauj, tāpēc tam vajadzētu pacelties caurules augšpusē (tāpat kā gaisa burbuļi dzirkstošā ūdens glāzē pacelsies augšpusē). Turklāt vienīgā šķidruma plūsmas pretestība rodas, kad šķidrums pārvietojas, bet šajā gadījumā šķidrums stāv nekustīgi.
Lai atrisinātu spītīgā burbuļa lietu, Kolinski un Wassim Dhaouadi, kuri tajā laikā bija inženierzinātņu studenti, kuri tajā laikā strādāja Kolinski laboratorijā un tagad pabeidz maģistra grādu ETH Cīrihē, nolēma to zonēt, izmantojot metodi, ko sauc par "traucējumu mikroskopiju. " Šī metode ir tā pati, kuru izmanto lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatorijas (LIGO) detektors, lai atrastu gravitācijas viļņus, sacīja Kolinski.
Bet šajā gadījumā pētnieki izmantoja pēc pasūtījuma izgatavotu mikroskopu, kas spīd gaismu uz parauga un mēra atpakaļ intensitātes gaismu. Tā kā gaisma atsitās atšķirīgi atkarībā no tā, kā tā atsitās, gaismas atsitiena lieluma mērījumi var palīdzēt pētniekiem izdomāt, cik "biezs" ir materiāls. Tādā veidā viņi zondēja peldošo burbuli, kas ieslodzīts plānajā mēģenē, kas piepildīta ar spirtu, ko sauc par izopropanolu. Alkohols ļāva viņiem veikt "pašattīrīšanās eksperimentu", kas bija nepieciešams, jo rezultātus būtu sajaukuši jebkāda veida piesārņojums vai netīrumi, sacīja Kolinskis.
Sākot ar zinātnieku, vārdā Bretherton, sešdesmitajos gados, pētnieki šo fenomenu pārbaudīja teorētiski, taču tas nekad agrāk netika tieši izmērīts. Daži aprēķini liecina, ka burbuli ieskauj ārkārtīgi plāns šķidruma slānis, kas pieskaras mēģenes sāniem, un tas lēnām samazinās un galu galā pazūd, sacīja Kolinski. Šis plānais slānis radītu pretestību burbuļa kustībai, kad tas mēģina pacelties.
Pētnieki patiešām novēroja šo ļoti plānu kārtu ap gāzes burbuli un izmērīja, ka tā biezums ir aptuveni 1 nanometrs. Tas apdzēš burbuļa kustību, kā bija paredzējis teorētiskais darbs. Bet viņi arī atklāja, ka šķidruma slānis (kas veidojas tāpēc, ka spiediens gāzes burbulī spiež pret caurules sienām) nepazūd, bet gan vienmēr paliek nemainīgā biezumā.
Balstoties uz plāna šķidruma slāņa mērījumiem, viņi arī varēja aprēķināt tā ātrumu. Viņi atklāja, ka gāzes burbulis vispār nav iestrēdzis, bet drīzāk pārvietojas "ārkārtīgi lēni" ar neapbruņotu aci neredzamā tempā plānas kārtas izraisītās pretestības dēļ, sacīja Kolinskis. Tomēr viņi arī atklāja, ka, sildot šķidrumu un burbuļus, viņi varēja likt plānajam slānim pazust - tā ir jauna ideja, kuru varētu būt "aizraujoši" izpētīt turpmākajos pētījumos, viņš piebilda.
Viņu atklājumi varētu palīdzēt informēt zemes zinātnes jomu. "Kad vien jums ir gāze, kas ir ierobežota ar porainu barotni", piemēram, dabas gāze porainā iežā vai, ja jūs mēģināt iet pretējā virzienā un ieslodzīt oglekļa dioksīdu klintis, jums ir daudz gāzes burbuļu, kas atrodas slēgtās telpās, sacīja Kolinskis. "Mūsu novērojumi ir saistīti ar to, kā šie gāzes burbuļi tiek ierobežoti, fizikā."
Bet otra satraukuma puse ir tā, ka šis pētījums parāda, "ka jūs varat panākt, ka cilvēki visos viņu karjeras posmos sniedz vērtīgu ieguldījumu", sacīja Kolinskis. Dhaouadi "virzīja projektu uz veiksmīgu iznākumu", sacīja Kolinski.
Rezultāti tika publicēti 2. decembrī žurnālā Physical Review Fluids.
