圖1. 裝置結(jié)構(gòu):上層電控裝置,中層為雙倉實驗?zāi)K層,下層為單倉實驗?zāi)K層
圖2. 左:微重力下單倉的團簇現(xiàn)象;右:雙倉中首次在微重力下觀察到明顯的顆粒兩倉分聚現(xiàn)象
近日,中科院物理所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室(籌)軟物質(zhì)物理重點實驗室研究員厚美瑛帶領(lǐng)團隊與中科院上海技物所張濤團隊合作,完成“實踐十號”顆粒物質(zhì)箱空間實驗裝置,并首次在軌獲得了微重力下團簇形成、顆粒冷卻行為以及雙倉分聚麥克斯韋妖現(xiàn)象等顆粒動力學重要實驗結(jié)果。
據(jù)了解,微重力環(huán)境是實驗觀察顆粒氣體形成以及研究其本征行為的必要條件。4月6日~25日在軌的“實踐十號”返回式科學實驗衛(wèi)星,為這樣的實驗研究提供了長時穩(wěn)定微重力條件,使得實驗觀察成為可能。
厚美瑛告訴《中國科學報》記者,與分子氣體不同,由于粒子間非彈性碰撞和摩擦等內(nèi)秉的能量耗散特性,顆粒體系經(jīng)常會有局部凝聚(或團簇)現(xiàn)象出現(xiàn)。
此次實驗分單、雙倉兩個部分:單倉部分有三個以活塞分隔的單獨樣品倉,觀察顆粒在活塞激振下的分布情況;雙倉部分為一個以窗口相連、分隔為兩部分的倉,實驗觀察顆粒受兩端活塞激振后的分聚情況。衛(wèi)星實驗成功獲取單倉顆粒分布圖像,并首次在微重力下觀察到雙倉明顯的顆粒兩倉分聚現(xiàn)象。單倉實驗在中間倉觀察到氣態(tài)均勻分布與團簇兩相,在左倉和右倉觀察到了局域團簇。在雙倉中,首次觀察到的微重力下兩倉分聚現(xiàn)象仍有待更多參數(shù)實驗結(jié)果與進一步分析。
實驗首次對顆粒團簇行為進行了系統(tǒng)空間實驗,后續(xù)有望獲得對顆粒聚集行為的系統(tǒng)觀察,并利用顆粒物質(zhì)內(nèi)稟特性,建立空間儲存、運輸和操作的新方法。