एक विश्वविद्यालय के छात्र ने हाल ही में एक सवाल हल किया है जो भौतिकविदों के लिए आधी सदी से अधिक समय से हैरान है: गैस के बुलबुले संकीर्ण ऊर्ध्वाधर ट्यूबों के अंदर फंसने के लिए क्यों दिखाई देते हैं? उत्तर प्राकृतिक गैसों के व्यवहार को समझाने में मदद कर सकता है जो झरझरा चट्टानों में फंसी हुई हैं।
वर्षों पहले, भौतिकविदों ने देखा कि तरल से भरी पर्याप्त संकीर्ण ट्यूब में गैस के बुलबुले नहीं चले। लेकिन स्विस फेडरल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी लॉज़ेन (EPFL) में मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग में सहायक प्रोफेसर, वरिष्ठ लेखक जॉन कोलिंस्की ने कहा, "यह एक प्रकार का विरोधाभास है।"
ऐसा इसलिए है क्योंकि गैस का बुलबुला उसके आस-पास के तरल पदार्थ की तुलना में कम घना होता है, इसलिए इसे ट्यूब के शीर्ष तक बढ़ना चाहिए (जिस तरह एक गिलास स्पार्कलिंग पानी में हवा के बुलबुले ऊपर उठेंगे)। क्या अधिक है, एक तरल में प्रवाह करने के लिए एकमात्र प्रतिरोध तब आता है जब तरल बढ़ रहा है, लेकिन इस मामले में तरल अभी भी खड़ा है।
जिद्दी बुलबुले के मामले को हल करने के लिए, कोलिंसकी और वसीम धौड़ी, जो उस समय कोलिन्सकी लैब में काम कर रहे एक अंडरग्रेजुएट इंजीनियरिंग के छात्र थे और अब ETH ज्यूरिख में मास्टर डिग्री पूरी कर रहे हैं, ने "इंटरफेरोस्कोपी माइक्रोस्कोपी" नामक एक विधि का उपयोग करके इसकी जांच करने का निर्णय लिया। " यह विधि वही है जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों को खोजने के लिए लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (LIGO) डिटेक्टर द्वारा उपयोग की जाती है।
लेकिन इस मामले में, शोधकर्ताओं ने एक कस्टम-निर्मित माइक्रोस्कोप का इस्तेमाल किया, जो नमूना पर एक प्रकाश चमकता है और प्रकाश की तीव्रता को मापता है जो वापस उछालता है। क्योंकि प्रकाश वापस अलग-अलग उछलता है, जो उसके हिट होने पर आधारित होता है, वापस उछलती हुई रोशनी का मापन शोधकर्ताओं को यह पता लगाने में मदद कर सकता है कि सामग्री कितनी "मोटी" है। इस तरह, उन्होंने एक पतली ट्यूब के अंदर फंसे हुए बुलबुले को आइसोप्रोपानॉल नामक शराब से भरा हुआ पाया। कोल्लिंस्की ने कहा कि शराब ने उन्हें "स्व-सफाई का प्रयोग" करने की अनुमति दी, जो आवश्यक था क्योंकि परिणाम किसी भी तरह के संदूषण या गंदगी से खराब हो जाते।
1960 के दशक में ब्रेथरटन नामक वैज्ञानिक के साथ शुरू करके, शोधकर्ताओं ने इस घटना को सैद्धांतिक रूप से जांचा, लेकिन इसे पहले कभी सीधे मापा नहीं गया था। कोल्लिंस्की ने कहा कि कुछ गणनाओं ने सुझाव दिया कि बुलबुला ट्यूब के किनारों को छूने वाले तरल की एक बेहद पतली परत से घिरा होता है, जो धीरे-धीरे आकार में कम हो जाता है और अंततः गायब हो जाता है। यह पतली परत बुलबुले की गति के लिए प्रतिरोध पैदा करेगा क्योंकि यह उठने की कोशिश करता है।
शोधकर्ताओं ने वास्तव में गैस बुलबुले के चारों ओर इस बहुत पतली परत का अवलोकन किया और इसे लगभग 1 नैनोमीटर मोटा होने के लिए मापा। यह वही है जो बुलबुला के आंदोलन को बुझाता है क्योंकि सैद्धांतिक काम ने भविष्यवाणी की थी। लेकिन उन्होंने यह भी पाया कि तरल परत (जो बनता है क्योंकि गैस के बुलबुले में दबाव ट्यूब की दीवारों के खिलाफ धक्का देता है) गायब नहीं होता है, बल्कि हर समय एक स्थिर मोटाई में रहता है।
द्रव की पतली परत के उनके माप के आधार पर, वे इसके वेग की गणना करने में भी सक्षम थे। उन्होंने पाया कि गैस का बुलबुला बिल्कुल भी नहीं फंसा हुआ है, बल्कि यह "असाधारण रूप से धीरे-धीरे" चल रहा है, जो कि पतली आंख से अदृश्य है, पतली परत के कारण प्रतिरोध के कारण, कोलिंसकी ने कहा। हालांकि, उन्होंने यह भी पाया कि तरल और बुलबुले को गर्म करके, वे पतली परत को गायब करने में सक्षम थे - एक उपन्यास विचार जो भविष्य के शोध में पता लगाने के लिए "रोमांचक" हो सकता है, उन्होंने कहा।
उनके निष्कर्ष पृथ्वी विज्ञान क्षेत्र को सूचित करने में मदद कर सकते हैं। "जब भी आपके पास एक गैस होती है जो झरझरा माध्यम में सीमित होती है," जैसे कि झरझरा चट्टान में प्राकृतिक गैस, या यदि आप विपरीत दिशा में जाने की कोशिश कर रहे हैं और चट्टान के अंदर कार्बन डाइऑक्साइड को फँसा रहे हैं, तो आपके पास बहुत सारे गैस बुलबुले हैं जो अंदर हैं सीमित स्थान, कोलिंसकी ने कहा। "हमारी टिप्पणियों भौतिक विज्ञान के लिए प्रासंगिक हैं कि ये गैस बुलबुले कैसे सीमित हैं।"
लेकिन उत्साह का दूसरा हिस्सा यह है कि इस अध्ययन से पता चलता है कि "आप अपने कैरियर के सभी चरणों में मूल्यवान योगदान कर सकते हैं," कोलिंसकी ने कहा। कोलौन्स्की ने कहा कि धौड़ी ने परियोजना को एक सफल परिणाम की ओर अग्रसर किया।
निष्कर्षों को शारीरिक समीक्षा तरल पदार्थ जर्नल में 2 दिसंबर को प्रकाशित किया गया था।
