Коллектив международных исследователей под руководством Университета Сиднея впервые в истории экспериментально подтвердил существование сложных вторичных потоков внутри сыпучих материалов, таких как снег и почва. Это открытие, ставшее возможным благодаря уникальной рентгеновской технологии, объясняет механизм возникновения оползней и лавин и открывает новые перспективы для промышленности и освоения космоса.
Долгое время в физике сыпучих сред существовала гипотеза о том, что отдельные частицы внутри движущейся массы снега или почвы не всегда следуют по прямому пути, а подчиняются сложным завихрениям и течениям, так называемым вторичным потокам. Именно эти скрытые силы, как предполагалось, определяют разрушительную мощь лавин и оползней. Однако прямое наблюдение этого явления в трёхмерном пространстве и в реальном времени было невозможно, поскольку такие материалы непрозрачны.
Чтобы решить эту проблему, исследователи в течение пяти лет разработали и построили специализированную рентгеновскую установку DynamiX. Её модульная конструкция с тремя источниками излучения и детекторами, работающими одновременно в трёх направлениях, позволяет в реальном времени визуализировать внутреннее движение частиц внутри любого непрозрачного материала, будь то сухая почва, снег или влажная пена.
Проведя эксперимент с стеклянными шариками на конвейерной ленте и применив специально разработанные алгоритмы для обработки данных, учёные впервые смогли составить карту скрытого движения частиц и зафиксировать наличие тех самых вторичных потоков. Это подтвердило столетнюю теоретическую гипотезу.
Как отметил соавтор работы профессор Итаи Эйнав, понимание физики этих процессов критически важно, поскольку сыпучие материалы повсюду и могут вести себя как твёрдые тела или как жидкости, например, при сходе лавин или разгрузке силосов. Это открытие найдёт применение в строительстве, безопасном хранении зерна, а также при планировании будущих миссий на Марс для прогнозирования поведения марсианского грунта.
Следующей задачей исследователей является выяснение происхождения вторичных потоков и силы их воздействия. Учёные намерены разработать математические модели, которые смогут объяснить эти сложные взаимодействия.