En EPFL -kandidatstudent har löst ett mysterium som har förbryllat forskare i 100 år. Han upptäckte varför gasbubblor i smala vertikala rör verkar fastna istället för att stiga uppåt. Enligt hans forskning och observationer, en ultratunn vätskefilm bildas runt bubblan, hindrar den från att stiga fritt. Och han fann att faktiskt, bubblorna fastnar inte alls - de rör sig bara mycket, väldigt långsamt.

Luftbubblor i ett glas vatten flyter fritt upp till ytan, och mekanismerna bakom detta förklaras enkelt av vetenskapens grundläggande lagar. Dock, samma vetenskapliga lagar kan inte förklara varför luftbubblor i ett rör på några millimeter tjocka inte stiger på samma sätt.

Fysiker observerade detta fenomen första gången för nästan ett sekel sedan, men kunde inte komma med en förklaring - i teorin, bubblorna ska inte möta något motstånd om inte vätskan är i rörelse; en fast bubbla bör därför inte möta något motstånd.

På 1960 -talet, en forskare vid namn Bretherton utvecklade en formel baserad på bubblornas form för att förklara detta fenomen. Andra forskare har sedan antagit att bubblan inte stiger på grund av en tunn vätskefilm som bildas mellan bubblorna och rörväggen. Men dessa teorier kan inte helt förklara varför bubblorna inte stiger uppåt.

Medan en kandidatstudent vid Engineering Mechanics of Soft Interfaces -laboratoriet (EMSI) inom EPFL:s tekniska högskola, Wassim Dhaouadi kunde inte bara se den tunna filmen av vätska, men också mäta den och beskriv dess egenskaper - något som aldrig hade gjorts tidigare. Hans fynd visade att bubblorna inte fastnade, som forskare tidigare trodde, men rör sig faktiskt extremt långsamt uppåt. Dhaouadis forskning, som publicerades nyligen i Fysiska granskningsvätskor , markerade första gången som experimentella bevis lämnades för att testa tidigare teorier.

Dhaouadi och EMSI lab chef, John Kolinski, använde en optisk interferensmetod för att mäta filmen, som de visade sig vara bara några dussin nanometer (1 x 10 ^-9 meter) tjock. Metoden innebar att rikta ljus mot en luftbubbla inuti ett smalt rör och analysera den reflekterade ljusintensiteten. Med hjälp av störningen av ljuset som reflekteras från rörets inre vägg och från bubblans yta, de mätte filmens tjocklek exakt.

Dhaouadi upptäckte också att filmen ändrar form om värme appliceras på bubblan och återgår till sin ursprungliga form när värmen har tagits bort. "Denna upptäckt motbevisar de senaste teorierna om att filmen skulle dränera till noll tjocklek, säger John Kolinski.

Dessa mätningar visar också att bubblorna faktiskt rör sig, om än för långsamt för att ses av det mänskliga ögat. "Eftersom filmen mellan bubblan och röret är så tunn, det skapar ett starkt motstånd mot flöde, drastiskt bromsar bubblornas uppgång, "enligt Kolinski.

Dessa fynd avser grundläggande forskning men kan användas för att studera vätskemekanik i nanometrisk skala, särskilt för biologiska system.

Dhaouadi anslöt sig till laboratoriet som sommarforskningsassistent under sin kandidatexamen. Han gjorde snabba framsteg, och fortsatte arbetet av egen vilja. "Han deltog i huvudsak av sitt intresse för forskningen, och slutade publicera ett papper från hans arbete som får ett hundra år gammalt pussel att vila, säger Kolinski.

"Jag var glad över att genomföra ett forskningsprojekt tidigt i min läroplan. Det är ett nytt sätt att tänka och lära sig och skilde sig ganska mycket från en läxa där man vet att det finns en lösning, även om det kan vara svårt att hitta. I början, Vi visste inte om det ens skulle finnas en lösning på detta problem., "säger Dhaouadi, som nu avslutar en magisterexamen vid ETH Zürich. Kolinski tillägger:"Wassim gjorde en exceptionell upptäckt på vårt labb. Vi var glada att få honom att arbeta med oss."