Физики обнаружили необычное поведение микрочастицы при огибании цилиндрического препятствия. Об этом сообщает пресс-служба американского Северо-Западного университета.
Мишель Дрисколл и его коллеги в ходе экспериментов направляли микрочастицу к вращающемуся цилиндрическому препятствию (микроролику) в жидкой среде. Они ожидали одного из двух результатов: частица должна была либо столкнуться с препятствием, либо обогнуть его. Однако частица не сделала ни того, ни другого. Ученые были озадачены, увидев, как частица огибает препятствие, а затем «прилипает» к его задней стороне. Препятствие, казалось, эффективно удерживало частицу.
После серии симуляций и экспериментов исследователи разгадали физику этого странного явления. Три фактора вызвали неожиданное поведение: электростатика, гидродинамика и беспорядочное случайное движение окружающих молекул. Размер препятствия также определял, как долго частица оставалась в ловушке, прежде чем вырваться.
Выяснилось, что из-за особенностей гидродинамики внутри камеры для образцов появляются застойные зоны. Другими словами, вращающийся микроролик заставлял жидкость течь в камере. Но потоки также создавали карманы — в том числе один прямо за препятствием, — где жидкость остается неподвижной и не течет. Когда частица попала в застойную область, она остановилась и застряла. Но чтобы добраться до застойной области, частица должна была совершить резкий разворот. Добравшись до препятствия, частица огибала его, прилипая к тыльной стороне. Дрисколл обнаружил, что броуновское движение молекул внутри жидкости “отбрасывает” частицу в застойную область. Также выяснилось, что размер препятствия определяет, как долго частица будет оставаться в ловушке, прежде чем вырваться. Например, броуновским флуктуациям легче оттолкнуть частицу в область захвата, когда препятствие меньше. Изменяя размер препятствия, исследователи могут увеличить время удержания на порядки.
Авторы надеются, что их способ будет востребован для удержания микрочастиц в ходе научных экспериментов.