Международная группа ученых, работающая под руководством специалистов из Сиднейского университета, впервые провела эксперимент, подтверждающий наличие сложных дополнительных потоков внутри сыпучих веществ, например, снега и почвы. Благодаря использованию инновационной рентгеновской методики, это открытие проливает свет на процесс формирования оползней и лавин и предоставляет новые возможности для развития промышленности и космической отрасли.
В физике сыпучих сред длительное время сохранялась гипотеза о том, что частицы, входящие в состав движущейся массы снега или почвы, не всегда перемещаются по прямой, а подвержены сложным вихревым движениям и течениям, именуемым вторичными потоками. Считалось, что именно эти невидимые силы влияют на разрушительный потенциал лавин и оползней. Однако непосредственное наблюдение этого процесса в трёхмерном пространстве и в реальном времени оказалось невозможным из-за непрозрачности подобных материалов.
Для решения данной задачи ученые в течение пяти лет создали и построили специализированную рентгеновскую установку DynamiX. Модульная конструкция, включающая три источника излучения и детекторы, работающие параллельно в трех направлениях, позволяет в режиме реального времени отслеживать перемещение частиц внутри любого непрозрачного материала, например, сухой почвы, снега или влажной пены.
В ходе эксперимента, в котором использовались стеклянные шарики, перемещаемые по конвейерной ленте, и разработанные алгоритмы обработки данных, исследователям впервые удалось создать карту скрытого движения частиц и выявить наличие вторичных потоков. Этот результат подтвердил теоретическую гипотезу, существовавшую на протяжении ста лет.
По словам одного из авторов исследования, профессора Итаи Эйнава, знание физики, лежащей в основе этих процессов, имеет решающее значение, поскольку сыпучие материалы встречаются повсеместно и способны проявлять свойства как твёрдых тел, так и жидкостей, как, например, при сходе лавин или при разгрузке силосов. Полученные данные могут быть использованы в строительстве, для обеспечения безопасности хранения зерна, а также при планировании будущих марсианских миссий с целью прогнозирования поведения грунта на Марсе.
В дальнейшем исследователи планируют определить, откуда берутся вторичные потоки и какова степень их влияния. Для объяснения этих сложных взаимосвязей ученые намерены создать математические модели.
В журнале было опубликовано исследование 26 августа 2025 года .