Физики исследовали поведение капель, похожее на поведение живых организмов

Ученые смогли продлить "жизнь" кластера и исследовать процессы, которые происходят внутри капли. Статья коллектива ведущих специалистов из России, США и Израиля с результатами многолетних исследований опубликована в журнале Scientific Reports.

Известно, что вода может образовывать гексагонально-симметричные  структуры (снежинки), когда находится в твердом состоянии. В жидком состоянии такого рода упорядоченность становится невозможной. Когда вода превращается в пар, частицы перемещаются еще более хаотично.  Это можно наблюдать, на примере  дымки над чашкой горячего чая, тумана и водяных облаков. Однако в 2003 году ученые из Тюменского государственного университета обнаружили, что при определенных условиях хаос сменяется порядком, и идеально сферические капельки  воды диаметром в сотые  доли миллиметра образуют самоорганизующиеся упорядоченные кластеры в виде шестиугольной решетки.

Капли левитируют непосредственно над  поверхностью воды за счет восходящих потоков воздуха и находятся в стабильном состоянии до нескольких минут. Как только капля увеличивается в размерах за счет конденсации, она становится все более тяжелой, восходящие потоки уже не могут ее держать, капля "падает" в воду и кластер распадается. Все это происходит в тысячные доли секунды и затрагивает миллионы капель одновременно.

Исследователям удалось удержать кластер в стабильном состоянии в течение нескольких часов, облучая кластеры инфракрасным светом. Это позволило подробно изучить микрокапли, их поведение в кластере и  процессы, которые происходят внутри капли. По мнению руководителя работ, заведующего лабораторией микрогидродинамических технологий ТюмГУ Александра Федорца, работа имеет значительное прикладное значение. Такой искусственный "плоский туман"  открывает принципиально новые возможности изучения физических и химических процессов в микроскопических каплях водных аэрозолей.

"Мы можем  поместить в микрокаплю химическое соединение, детально изучить, что  с ним происходит. Мы сможем понять, как будут распространяться в атмосфере загрязняющие вещества, —  комментирует Александр Федорец. – Точно так же мы можем посмотреть, как будет вести себя какой-нибудь микроорганизм если его поместить в каплю, более детально понять биохимические процессы в клетках".

Полученные результаты смогут быть использованы в решении глобальных задач сельского хозяйства, экологии, биологии и медицине.