来自洛桑联邦理工学院的一名本科生，解开了一个困扰科学家100年的谜团。他发现了为什么在狭窄的垂直管中，气泡似乎停留在那里而不是向上上升。根据他的研究和观察，气泡周围形成了一层超薄的液体薄膜，阻止它自由上升。他发现，事实上，气泡根本没有卡住——它们只是移动得非常、非常慢。一杯水中的气泡自由地漂浮在水面上，其背后的机制很容易被科学基本定律所解释。
然而，同样的科学定律不能解释：为什么几毫米厚管子里的气泡不会以同样的方式上升。物理学家在近一个世纪（100年）前首次观察到这种现象，但无法提出解释——理论上，除非流体在运动，否则气泡应该不会遇到任何阻力；因此，卡住的气泡应该不会遇到任何阻力。早在20世纪60年代，一位名叫布雷瑟顿(Bretherton)的科学家，根据气泡的形状开发了一个公式来解释这种现象。
从那以后，其他研究人员假设气泡不会上升，因为在气泡和管壁之间形成了一层薄薄的液体。但是这些理论并不能完全解释为什么泡沫不会上升。作为洛桑联邦理工学院工程学院软界面工程力学实验室(EMSI)的学士学生，Wassim Dhaouadi不仅能够观察液体薄膜，而且能够测量并描述其性质，这是以前从未做过的事情。他的发现表明，气泡并没有像科学家之前认为的那样被卡住，而是实际上向上移动的速度非常慢。
Dhaouadi的研究现在发表在《Physical Review Fluid》期刊上，这标志着第一次提供实验证据来检验早期理论。Dhaouadi和工程学院软界面工程力学实验室负责人John Kolinski使用光学干涉方法测量了薄膜，发现它只有几十纳米(1×10^-9米)厚。该方法包括将光引导到窄管内的气泡上，并分析反射光的强度。利用管子内壁和气泡表面反射光的干涉，精确地测量了薄膜厚度。Dhaouadi还发现，如果将热量施加到气泡上，薄膜会改变形状。
一旦热量被移除，薄膜就会恢复到原来的形状，这个发现推翻了最新理论，即薄膜会流失到零厚度。这些测量还表明，气泡实际上在移动，尽管速度太慢，肉眼看不见。因为气泡和管子之间的薄膜很薄，它产生了强大的流动阻力，大大减缓了气泡的上升速度。这些发现与基础研究有关，但可用于在纳米尺度上研究流体力学，特别是生物系统的流体力学，Dhaouadi在获得学士学位期间作为暑期研究助理加入实验室。
Dhaouadi进步很快，并且自愿地继续工作。基本上是出于对研究的兴趣参与了这项研究，并最终发表了一篇来自他的论文，解决了一个世纪以来的难题。现在正在苏黎世联邦理工学院完成硕士学位的Dhaouadi表示：我很高兴在课程的早期就开展了一个研究项目，这是一种新的思考和学习方式，与你知道有解决方案的家庭作业大不相同，尽管可能很难找到解决方案。一开始，甚至不知道这个问题是否会有解决方案。
博科园｜研究/来自：洛桑联邦理工学院
参考期刊《Physical Review Fluids》
DOI: 10.1103/PhysRevFluids.4.123601
