Hantverkstillverkare av mezcal har ett beprövat sätt att se när drycken har destillerats till rätt alkoholnivå. De sprutar ner lite i en liten behållare och letar efter små bubblor, känd som pärlor. Om alkoholhalten är för hög eller för låg, bubblorna spricker snabbt. Men om de dröjer i 30 sekunder eller så, alkoholhalten är perfekt och mezcalen är redo att drickas.

Nu, en ny studie av ett team av vätskedynamikforskare avslöjar fysiken bakom tricket. Använda laboratorieexperiment och datormodeller, forskarna visar att ett fenomen som kallas Marangoni-effekten hjälper mezcal-bubblor att dröja kvar lite längre när alkoholhalten är runt sweet spot på 50 %. Förutom att visa den vetenskapliga grunden för något hantverkare har känt till i århundraden, forskarna säger att fynden avslöjar nya grundläggande detaljer om livslängden för bubblor på vätskeytor.

Studien, ett samarbete mellan forskare vid Brown University, Universidad Nacional Autónoma de México, Université de Toulouse och på andra håll, publicerades den 3 juli i tidskriften Vetenskapliga rapporter .

När Roberto Zenit, en professor vid Browns School of Engineering och studiens seniorförfattare, hörde först om bubbeltricket, han sa att han omedelbart blev fascinerad.

"Ett av mina huvudsakliga forskningsintressen är bubblor och hur de beter sig, " sa Zenit. "Så när en av mina elever sa till mig att bubblor var viktiga för att göra mezcal, vilket är en drink som jag verkligen gillar med mina vänner, det var omöjligt för mig att inte undersöka hur det fungerar."

Forskarna började med att göra experiment för att se hur en förändring av alkoholhalten i mezcal förändrade bubblans livstid. De urvattnade några prover av mezcal och tillsatte ren etylalkohol till andra. De reproducerade sedan spruttricket i labbet samtidigt som de noggrant tog tid på bubblorna. De fann att, säker nog, alkoholnivån påverkade bubblans livstider dramatiskt. I oförändrade prover, bubblor varade från 10 till 30 sekunder. I både de förstärkta och urvattnade proverna, bubblorna spricker direkt.

Efter att ha visat att bubblor verkligen kan vara en mätare av alkoholhalt, nästa steg var att ta reda på varför.

Att göra det, Zenit och hans elever började med att förenkla vätskan – utföra experiment med blandningar av bara rent vatten och alkohol. Dessa experiment visade att som med mezcal, bubblor tenderade att hålla längre när blandningen var nära 50 % vatten och 50 % alkohol. Forskarna fastställde att den extra bubblans livslängd till stor del berodde på viskositeten. Bubblor tenderar att hålla längre i mer trögflytande vätskor, och viskositeten för blandningar av alkohol och vatten toppar precis runt 50 %.

Dock, bubblorna i 50-50 vatten- och alkoholblandningarna höll fortfarande inte lika länge som de i mezcal. Zenit och hans elever insåg att det måste finnas något med mezcal som förstärker viskositetseffekten. För att ta reda på vad det var, de använde höghastighetsvideokameror för att noggrant titta på bubblorna under deras livstid.

Videon avslöjade något överraskande, sa Zenit. Det visade en uppåtgående konvektion av vätska från ytan av mezcal in i bubbelmembranen.

"I vanliga fall, tyngdkraften gör att vätskan i en bubbelfilm rinner bort, som så småningom får bubblan att spricka, " sa Zenit. "Men i mezcalbubblorna, det finns denna uppåtgående konvektion som fyller på vätskan och förlänger bubblans livslängd."

Med hjälp av lite datormodellering, forskarna fastställde att ett fenomen känt som Marangoni-konvektion var ansvarig för denna uppåtgående rörelse. Marangoni-effekten uppstår när vätskor strömmar mellan områden med olika ytspänning, vilket är den attraktionskraft mellan molekyler som bildar en filmyta av en vätska. Mezcal innehåller en mängd olika kemikalier som fungerar som ytaktiva ämnen - molekyler som ändrar ytspänningen. Som ett resultat, bubblor som bildas på ytan av mezcal tenderar att ha högre ytspänning än den surfaktantfyllda vätskan nedan. Den olika ytspänningen drar upp vätska i bubblan, öka dess livslängd.

Genom att förstärka den befintliga tendensen till mer långvariga bubblor i 50 % alkoholblandningar, den surfaktantdrivna Marangoni-effekten gör bubblor till en pålitlig mätare av alkoholhalten i mezcal.

Zenit, som kommer från Mexiko, sa att det var glädjande att kasta nytt ljus över denna hantverksteknik.

"Det är roligt att arbeta med något som har både vetenskapligt värde och kulturellt värde som är en del av min bakgrund, ” sade han. ”Dessa hantverkare är experter på vad de gör. Det är fantastiskt att kunna bekräfta vad de redan vet och att visa att det har ett vetenskapligt värde utöver bara mezcal-tillverkning."

De insikter som genereras från arbetet kan vara användbara i en mängd olika industriella processer som involverar bubblor, sa forskarna. Det kan också vara användbart i miljöforskning.

"Till exempel, " skriver forskarna, "livslängden för ytbubblor kan användas som ett diagnostiskt verktyg för att sluta sig till närvaron av ytaktiva ämnen i en vätska:Om livslängden är längre än vad som förväntas av en ren/ren vätska, då är vätskan troligen kontaminerad."