Данные, восстановленные после крушения Колумбии, проливают свет на поведение кетчупа

Одним из лучших примеров такого феномена служит обыкновенный кетчуп. Встряхните бутылку, и полужидкая паста превратится в свободно льющуюся жидкость. Ученые из пищевой промышленности проводят встряхивание контролируемым образом, помещая кетчуп (и другие виды бакалеи) в реометр («рео» означает «течение»), чтобы увидеть, насколько уменьшается его вязкость в результате встряхивания.

Роберт Берг и его коллеги из Национального института стандартов и технологии (NIST) в Гейтерсбурге, штат Мэриленд, хотели понять нечто большее, чем просто динамику вязкости. Их интересовало, почему изменения происходят посредством «разжижения при сдвиге» — явления, при котором возмущение приводит к увеличению силы, нарушающей слабые связи между атомами или молекулами.

Понимание разжижения при сдвиге может сыграть важную роль в промышленном производстве бакалейных товаров, полимеров и красок. Например, вязкость моторного масла можно уменьшить движениями частей двигателя,  а нанесение краски на поверхность может быть простым или сложным в зависимости от характера мазка.

Чтобы лучше понять микроскопические отношения между вязкостью и разжижением при сдвиге, ученые из NIST проследили, как разжижение действует в необычной жидкости — газе ксеноне (используемом в качестве топлива для некоторых космических зондов). Проблема была в том, что собственный вес ксенона — каким бы легким газ ни был — мог все равно сгустить образец газа до степени, нивелирующей все необходимые тонкие замеры.

Для полноценного исследования требовалась невесомость. И эксперимент перенесли на «Колумбию».

Увы, полет Колумбии завершился тем, что пластины термоизоляции на переднем ребре левого крыла, повредившиеся во время запуска, отказали при возвращении в атмосферу. Космический аппарат загорелся и распался на куски, убив семерых астронавтов на борту. Часть данных по эксперименту с ксеноном была уже послана на  Землю до крушения шатла, но часть осталась на жестком диске, упавшем на землю вместе с Колумбией.

К счастью, поисковая команда NASA обнаружила жесткий диск среди обломков, разлетевшихся на сотни миль по Техасу и Луизиане. Данные на диске были восстановлены компанией, специализирующейся на восстановлении информации с такого рода носителей после обычных поломок.

Кроме того, была обнаружена упаковка, в которой проходил эксперимент. Материал находился посреди нескольких концентрических оболочек, самая внешняя из которых сгорела. Но камера с атомами ксенона уцелела. Не ускользнул ни один атом.

Ксенон — один из тех атомов, что не любят общаться или реагировать с другими атомами. Исследователи поставили эксперимент на Колумбии, чтобы взглянуть на то, как ведет себя ксенон, когда при определенных давлении и температуре находится на пол-пути между двумя видами жидкого состояния.

Для чего так важно поместит атом ксенона в условия определенного давления? Ксенон — газ, в то время как кетчуп и большинство других интересующих ученых жидкостей состоит из жидкости и паст. Ответ в том, что разжижение при сдвиге возможно даже для более простых жидкостей, таких как сжатый ксенон в определенной критической точке. А то, что установлено на основе простой жидкости, может быть применено и к кетчупу.

На орбите на борту Колумбию ксенон осторожно перемешали мелкой сеткой, чем-то наподобие микроскопической теннисной ракетки. Эксперимент увенчался успехом. Более интенсивное размешивание уменьшало вязкость, тем самым подтверждая давно уже бытующую теорию о связи между разжижением при сдвиге и размешиванием. Результаты опубликованы в последнем выпуске Physical Review E.