Melody Lim / Uchicago Nachrichten
In einem vielleicht magischeren Trick als in der Wissenschaft haben Wissenschaftler erfolgreich gebrauchte Schallwellen zum Schweben und Studieren von Partikeln. Ziel der Forschung ist es zu verstehen, wie sich Materialien ohne Schwerkraft zusammenballen.
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Partikel zusammenbauen
"Ein Großteil des Universums besteht aus Teilchen, die sich zusammensetzen", sagte Heinrich Jaeger, Professor für Physik bei Sewell Avery Distinguished Service.
"Mit akustischer Levitation verfügen wir über ein wunderschönes Modellsystem, mit dem wir die Montage in für das menschliche Auge sichtbaren Maßstäben untersuchen können, um jedes Partikel präzise zu verfolgen und die Ergebnisse dann auf eine Vielzahl von häufig viel mikroskopischeren Phänomenen zu beziehen."
Was die Forscher untersuchten, waren die Gesetze, die die Wechselwirkungen von Partikeln regeln. Insbesondere in diesem Experiment waren Jaeger und sein Team an der Form prototypischer Cluster interessiert.
Sie untersuchten die Formen, die diese Cluster annehmen, wenn sie von einem einzelnen Partikel ausgehen. Weitere werden nacheinander hinzugefügt. Um dies zu erreichen, verwendeten sie Schallwellen, um Kunststoffpartikel zu schweben.
Anschließend analysierten sie, wie diese Partikel miteinander interagierten, und konzentrierten sich darauf, wie sie sich zu verschiedenen Konfigurationen zusammensetzten und wieder zusammensetzten.
Sie verwendeten auch Hochgeschwindigkeitskameras, um die schwebenden Partikel zu verfolgen. Sie stellten fest, dass fünf oder weniger Partikel in nur einer Konfiguration dicht gruppiert waren.
Bei sechs und mehr Partikeln wurden die Partikel jedoch kreativ und machten verschiedene Formen. Das Team nannte die drei Formen, die aus sechs Partikeln bestehen, "Parallelogramm, Chevron und Dreieck".
Bei sieben Partikeln wurden vier Formen hergestellt. Diese wurden als "Blume, Schildkröte, Baum oder Boot" bezeichnet.
"Sechs Partikel sind das Minimum, um zwischen verschiedenen Formen zu wechseln. Hier wird es interessant", sagte der Ko-Erstautor Anton Souslov, damals Postdoktorand an der UChicago und jetzt an der Fakultät der University of Bath.
"Für uns Wissenschaftler hat das Herausfordern der Schwerkraft, Staub zu schweben, auch das grundlegendere Interesse, erdbasierte Experimente zu entwickeln, um zu verstehen, wie sich Körper im Weltraum wie Planeten zu bilden beginnen."
Ein unerwartetes Ergebnis
Ein unerwartetes Ergebnis der Studie war die Entdeckung, dass die Schallfrequenz die Clusterformen beeinflussen kann.
"Eine Überraschung war, dass wir durch Ändern der Schallwellenfrequenz die Cluster manipulieren und die entstehende Form beeinflussen konnten", sagte der Doktorand Melody Lim, der erste Autor des Papiers.
Jetzt untersuchen die Forscher die Modellierung der Physik hinter solchen akustischen Kräften. Ziel ist es, den Montageprozess hoffentlich zu steuern.
Das Team untersucht auch, wie sich die akustische Levitation auf eine noch größere Anzahl von Partikeln auswirkt. Dies führt logischerweise zu komplexeren Strukturen.
Das neue Studie wird veröffentlicht in Naturphysik