В отличие от макроскопических капель воды, нанокапли могут самопроизвольно двигаться к источнику тепла, а не от него. Этот эффект обнаружили ученые из Индийского технологического института в Харагпуре. Пока исследователи подтвердили эффект только на компьютерной модели капли, состоящей из нескольких тысяч молекул, однако они планируют продолжать эксперименты на больших масштабах. Ученые считают, что в будущем этот эффект можно будет использовать для охлаждения нагревающейся электроники. Исследование опубликовано в журнале Nanoscale, кратко о нем сообщает издание New Scientist.
Эффект Марангони заключается в том, что при наличии градиента поверхностного натяжения жидкость самопроизвольно движется в сторону области с большим коэффициентом поверхностного натяжения. Этот эффект может возникать в разных условиях, к примеру если жидкость представляет собой смесь из двух веществ с разным поверхностными натяжением. Поскольку поверхностное натяжение зависит не только от природы жидкости, этот эффект можно наблюдать и из-за других причин. К примеру, при нагревании поверхностное натяжение жидкости падает, поэтому обычно жидкость при этом двигается в более холодную сторону.
Индийские ученые обнаружили, что при определенных условиях в одной и той же жидкости может наблюдаться противоположный эффект. Для исследования они использовали не настоящие капли воды, а компьютерную модель. Каплю, состоящую из двух с половиной тысяч молекул воды поместили на небольшую гидрофобную подложку размером примерно 24×16 нанометров. Также исследователи симулировали температурный градиент вдоль подложки.
Оказалось, что в некоторых случаях капля ведет себя неординарно — двигается из области с меньшей температурой в область с большей. Ученые предложили этому объяснение. Дело в том, что при нагревании часть молекул испаряется из капли, причем уровень испарения выше в более нагретой области. Соответственно, в более горячей части капли понижается концентрация молекул воды, и молекулы из холодной части компенсируют это и устремляются в сторону меньшей концентрации. Из-за локализованного охлаждения поверхностное натяжение в месте контакте жидкости с поверхностью возрастает, что заставляет каплю двигаться по направлению к разогретой области.
Ученые признают, что они симулировали крайне маленькие капли, а также крайне большие температурные градиенты. В дальнейшем они планируют симулировать большие капли, чтобы понять, до каких масштабов сохраняется эффект. Исследователи считают, что в будущем такой эффект позволит эффективно охлаждать микрочипы и микроэлектронные устройства, причем капли будут сами перемещаться в область нагрева, а затем испаряться.
В начале года инженеры из Intel и Университета Дьюка также предложили охлаждать процессоры с помощью капель, но другим образом — с помощью слияния и подпрыгивания капель воды. А физики из Индии и Канады с помощью моделирования открыли другой необычный эффект — они заставили капли подниматься вверх по ступенькам, а не скатываться с них.
Григорий Копиев
Статистическая значимость наблюдения составила около семи стандартных отклонений
В эксперименте SND@LHC на Большом адронном коллайдере зарегистрировали мюонные нейтрино со статистической значимостью около семи стандартных отклонений. Это второй эксперимент на Большом адронном коллайдере, который сообщил о надежной регистрации нейтрино. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters. Нейтрино — элементарная частица, которая обладает крайне малой массой и слабо взаимодействует с веществом. При этом она играет важную роль в физике. До недавнего времени свойства нейтрино изучали в основном в области низких или сверхвысоких энергий, и широкий диапазон от 350 гигаэлектронвольт до 10 тераэлектронвольт оставался неизученным. Наземным источником нейтрино в этом диапазоне энергий является Большой адронный коллайдер. Однако проблема заключается в том, что большая часть рождающихся в нем нейтрино летит вдоль протонного пучка — в слепой зоне основных детекторов, расположенных на коллайдере. Кроме того, из-за малого сечения взаимодействия, нейтринные события сложно выделить на фоне громадной загрузки детекторов от взаимодействий других частиц. Мы недавно писали, что с этой задачей справился эксперимент FASER, впервые зарегистрировав 153 мюонных нейтрино со статистической значимостью 16 стандартных отклонений. Физики из эксперимента SND@LHC сообщили, что им также удалось зарегистрировать мюонные нейтрино со статистической значимостью около семи стандартных отклонений. В отличие от эксперимента FASER, который регистрирует нейтрино с псевдобыстротами более 8,5, чувствительная область SND@LHC сдвинута от основной оси ускорителя, в результате чего он покрывает диапазон псевдобыстрот от 7,2 до 8,4. В этой области одним из основных источников нейтрино являются распады очарованных адронов, вклад которых в эксперименте FASER пренебрежимо мал. Детектор состоит из мюонного вето, 830-килограммовой мишени и адронного калориметра. Основная мишень поделена на пять слоев, каждый из которых включает вольфрамовую пластину, ядерную фотоэмульсию и электронный трекер. Данные с фотоэмульсий на данный момент еще обрабатываются, поэтому ученые провели анализ данных, набранных только при помощи электронных трекеров. Физики отобрали 8 событий по их геометрическому расположению в детекторе и сигнатуре, соответствующей ожидаемой от мюонных событий. При этом ожидаемый фон составил 0,086 события. Такое превышение сигнала над фоном исключает нулевую гипотезу на уровне 6,8 стандартного отклонения. Количество нейтринных событий в эксперименте оказалось больше ожидаемых 4,2 события. Однако результаты согласуются с предсказанием на основе компьютерного моделирования в рамках полученных ошибок. Большой адронный коллайдер становится новым инструментом для изучения нейтрино в пока плохо изученной области энергий. О том, какие новые технологии используют при изучении нейтрино в области низких энергий мы беседовали с Дмитрием Акимовым, представителем коллаборации COHERENT.