Вращение банки упорядочило игральные кубики

K. Asencio et. al. / Phys. Rev. Lett.
Физики из Испании и Мексики исследовали, как упорядочивается «жидкость», состоящая из большого числа игральных кубиков. Оказалось, что если такую систему периодически крутить в разные стороны (а не просто встряхивать), она довольно быстро достигает оптимальной упаковки, но только при ускорении, превышающем некоторый порог. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.
Система, состоящая из большого числа мелких одинаковых частиц (например, мешок с зерном), очень интересно ведет себя под действием внешней силы — если ее потрясти, частицы станут упорядочиваться. Например, если вы потрясете банку с песком, он уплотнится, и в ней появится немного свободного места. Грубо говоря, это происходит из-за того, что частицы цепляются друг за друга и выстраиваются так, чтобы их грани как можно лучше прилегали друг к другу. С другой стороны, сила тяжести препятствует такому выравниванию, поэтому более сильная встряска сильнее уплотнит систему.
Ранее физики уже предпринимали попытки описать такие системы с помощью классической статистической механики, учитывая, что привычное понятие температуры к ним неприменимо (поскольку сами по себе частицы переворачиваться не могут). Тем не менее, в них все-таки можно ввести понятия энтропии и порядка. Кроме того, очевидно, что в системах, состоящих из разных по форме зерен, наиболее плотные конфигурации будут отличаться, поэтому упорядочивание будет происходить по-разному. Такие конфигурации довольно сложно рассчитать теоретически, и так же непросто получить их на практике. Например, в проводившихся ранее экспериментах с тетраэдрами удалось добиться плотности упаковки около ϕ ~ 0,6.
В данном эксперименте группа ученых под руководством Диего Маза (Diego Maza) из испанского Университета Наварры исследовала, как происходит упорядочивание в «жидкости», состоящей из большого числа игральных кубиков. Для этого они загрузили двадцать пять тысяч кубиков со стороной около пяти миллиметров и весом около 0,116 грамм в цилиндрическую банку радиусом 8,7 сантиметров, а затем стали вращать эту банку вокруг своей оси.
Раньше ученые уже исследовали, как упорядочивается «жидкость», состоящая из различных правильных многогранников (платоновых тел), включая кубики и тетраэдры. Однако в том эксперименте физики просто встряхивали банку с частицами, и им удалось добиться только гораздо менее плотной упаковки кубиков с ϕ ~ 0,7.
Дмитрий Трунин