大学生が最近半世紀以上にわたって物理学者を困惑させた質問を解決しました：なぜ気泡が狭い垂直管の中に詰まっているように見えるのですか？答えは、多孔質岩に閉じ込められている天然ガスの挙動を説明するのに役立つかもしれません。
数年前、物理学者たちは、液体で満たされた十分に狭いチューブ内の気泡が動かないことに気づきました。しかし、それは「パラドックスのようなもの」だと、スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）の機械工学科の助教授、上級著者のジョン・コリンスキー氏は語った。
これは、気泡が周囲の液体よりも密度が低いため、チューブの上部に上昇するはずです（炭酸水の入ったグラスの中の気泡が上部に上昇するのと同じように）。さらに、液体の流れに対する唯一の抵抗は、その液体が動いているときですが、この場合、流体は静止しています。
頑固なバブルの問題を解決するために、コリンスキーと当時はコリンスキーの研究室で働いていた工学部の学生で、現在チューリッヒ工科大学で修士号を取得しているワシムダウアディは、「干渉顕微鏡」と呼ばれる方法を使用してそれを調べることにしました。 」この方法は、レーザー干渉計重力波観測装置（LIGO）検出器が重力波を検出するために使用する方法と同じであるとコリンスキー氏は述べています。
しかし、この場合、研究者はサンプルに光を当て、跳ね返る光の強度を測定するカスタムメイドの顕微鏡を使用しました。光は当たるものに応じて異なる方法で跳ね返るので、跳ね返る光の測定は、研究者が材料の「厚み」を理解するのに役立ちます。このようにして、彼らはイソプロパノールと呼ばれるアルコールで満たされた細い管の中に閉じ込められた浮力のある泡を調査しました。コリンスキ氏は、アルコールは「セルフクリーニング実験」を可能にした。これは、あらゆる種類の汚染や汚れによって結果が台無しになるために必要だったとコリンスキー氏は語った。
1960年代にブレサートンという名前の科学者から始めて、研究者はこの現象を理論的に調べましたが、以前は直接測定されていませんでした。いくつかの計算は、気泡がチューブの側面に接触する液体の非常に薄い層に囲まれていることを示唆しており、これは徐々にサイズが減少し、最終的には消える、とコリンスキー氏は述べた。その薄い層は、気泡が上昇しようとするときに、気泡の動きに対する抵抗を作成します。
研究者たちは実際に、気泡の周りのこの非常に薄い層を観察し、それを約1ナノメートルの厚さと測定しました。それが、理論的な仕事が予測していたように、泡の動きを急冷するものです。しかし、彼らはまた、液体の層（気泡の圧力がチューブの壁を押すために形成される）は消えず、常に一定の厚さのままであることも発見しました。
流体の薄層の測定に基づいて、速度を計算することもできました。コリンスキ氏によると、気泡はまったく付着しておらず、肉眼では見えないペースで「非常にゆっくりと」動いていることがわかった。しかし、彼らはまた、液体と気泡を加熱することで、薄層を消滅させることができることも発見しました。これは、将来の研究で「刺激的」に探求できる斬新なアイデアだと彼は付け加えました。
彼らの調査結果は、地球科学分野への情報提供に役立つ可能性があります。 「多孔質の媒体に閉じ込められたガスがあるときはいつでも」、たとえば多孔質の岩石に天然ガスがある場合、または反対方向に進んで二酸化炭素を岩石の中に閉じ込めようとしている場合は、内部にたくさんの気泡があります。限られたスペース、とコリンスキーは言った。 「私たちの観察は、これらの気泡がどのように閉じ込められているかの物理学に関連しています。」
しかし、興奮の他の部分は、この研究が「キャリアのあらゆる段階で人々に貴重な貢献をしてもらうことができる」ことを示しているということです、とコリンスキーは言いました。ダウアディは「プロジェクトを成功に導きました」とコリンスキー氏は語った。
調査結果はジャーナルPhysical Review Fluidsで12月2日に公開されました。
