Для изучения реальных жидкостей ученые отслеживают перестановки в 2D-жидкостях
 Цифровое представление сфотографированной в ходе эксперимента модели двумерной жидкости. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Эксперименты, выявляющие положение атомов в узлах кристаллической решетки, были предложены довольно давно. Но для неупорядоченных структур, таких как жидкость, подобные методы обычно приводят к получению некого статистического среднего значения, не позволяя понять механизмы локальных взаимодействий вокруг одного атома. Эти микроскопические детали позволяет выявить компьютерное моделирование, однако такой подход к решению задачи становится слишком громоздким, если речь идет о реальных системах, включающих в себя тысячи атомов.
Чтобы преодолеть эти ограничения, экспериментаторы часто обращаются к аналоговым системам, в которых роль атомов играют более крупные частицы, которые могут непосредственно наблюдаться в режиме реального времени. Проще всего наблюдать подобные процессы в двумерных системах. Конечно, они могут отличаться от реальных трехмерных жидкостей, но также могут демонстрировать новые интересные явления. К примеру, эксперименты, где в качестве модели жидкости использовались пластиковые шарики, расположенные между двумя стеклянными пластинами, показали, что молекулы могут организовываться в уникальную двумерную фазу (как и предсказывали теоретики). В последнее время исследователи также стали активно применять для моделирования жидкости похожие шарики в плазме, поскольку движение в ней больше напоминает движение свободных частиц (ведь вязкость там ниже).
Этим путем пошла группа ученых из National Central University (Тайвань), использовавшая заряженные гранулы диаметром 7 микрон. В их эксперименте плазма генерировалась в разреженном газообразном аргоне при помощи электрического поля радиочастоты. Как показал опыт, заряженные частицы отталкиваются друг от друга, но все же образуют вертикальные цепочки, висящие в нескольких миллиметрах над горизонтальной металлической пластиной, выполняющей роль электрода. Эти цепочки движутся как по горизонтали, так и по вертикали, как единые объекты, образуя двумерную жидкость. Движение этих объектов отслеживалось при помощи цифровых камер.
В ходе длительных исследований команда каталогизировала различные типы перестановок, происходящих между соседними цепями, которые приводят к постоянно меняющейся структуре жидкости. Их результаты заинтересовали научное сообщество, правда, пока не ясно, какие из обнаруженных двумерных явлений будут повторяться в трехмерной жидкости. Но сама по себе работа полезна хотя бы тем, что позволяет глубже понять процессы, происходящие в двумерных жидкостях.
Также по теме:
- В жидкостях тоже существуют кратеры
- Французские ученые смоделировали движение подводных лавин
- При каких условиях «рвется» жидкость
- Магнитное поле складывает оригами
- Новость подготовлена по материалам ресурса physics.aps.org