Όταν βλέπουμε ένα βίντεο με μια χιονοστιβάδα που κατεβαίνει ορμητικά την πλαγιά ή έναν σωρό άμμου που σχηματίζεται, τείνουμε να τα αντιλαμβανόμαστε σαν ενιαίες μάζες που κινούνται ομοιόμορφα προς τα κάτω. Η εικόνα μοιάζει απλή: βαρύτητα, κατεύθυνση, ροή. Όμως, η πραγματικότητα που κρύβεται κάτω από την επιφάνεια είναι πολύ πιο περίπλοκη – και συναρπαστική.
Για χρόνια, οι επιστήμονες υποπτεύονταν ότι οι κόκκοι που συνθέτουν τέτοια φαινόμενα δεν ακολουθούν όλοι την ίδια πορεία. Εκτός από την κίνηση προς τα κάτω, υπάρχουν και μικρότερες, κρυφές ροές που κινούνται πλάγια ή ακόμη και κυκλικά. Οι υπολογιστικές προσομοιώσεις το έδειχναν εδώ και καιρό, όμως μέχρι πρόσφατα κανείς δεν είχε καταφέρει να δει άμεσα αυτές τις δευτερεύουσες κινήσεις. Τώρα, για πρώτη φορά, μια ομάδα ερευνητών το κατάφερε χρησιμοποιώντας μια καινοτόμα τεχνική με ακτίνες Χ.
Η ανακάλυψη αυτή δεν αποτελεί μόνο ένα σημαντικό βήμα για τη Φυσική, αλλά μπορεί να αποδειχθεί κρίσιμη και για την κατανόηση και την αντιμετώπιση φυσικών καταστροφών, όπως κατολισθήσεις ή χιονοστιβάδες. Παράλληλα, ανοίγει νέους δρόμους και για την πρακτική διαχείριση καθημερινών υλικών, όπως το αλεύρι ή τα δημητριακά.
Το μεγαλύτερο εμπόδιο για την επιστημονική έρευνα ήταν πάντα το ίδιο: για να μελετηθεί η κίνηση των κόκκων έπρεπε με κάποιο τρόπο να σταματήσει η ροή – και τότε χανόταν η ίδια η φύση του φαινομένου. Διάφορες απόπειρες να γίνουν οι κόκκοι «διαφανείς» με τη χρήση υγρών αλλοίωναν τη συμπεριφορά τους, ενώ οι υπόλοιπες μέθοδοι έδιναν μόνο έμμεσες ενδείξεις.
Έτσι, οι επιστήμονες ήταν αναγκασμένοι να βασίζονται σε υπολογιστικά μοντέλα και θεωρητικές εικασίες, χωρίς ποτέ να έχουν μια πραγματική εικόνα για το τι συμβαίνει μέσα σε μια μάζα που βρίσκεται σε κίνηση.
Η λύση ήρθε μέσα από έναν ευρηματικό σχεδιασμό πειράματος. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν μεταφορικό ιμάντα για να σπρώχνουν μικροσκοπικές γυάλινες σφαίρες, με διάμετρο περίπου τριών χιλιοστών, προς έναν τοίχο. Όμως το πραγματικό άλμα δεν ήταν το μηχανικό μέρος, αλλά η εφαρμογή μιας τεχνικής που ονομάζεται ρεογραφία ακτίνων Χ.
Το σύστημα DynamiX, που ανέπτυξαν, λειτουργεί σαν μια υπερ-κάμερα ακτίνων Χ. Καταγράφει με πολύ μεγάλη ταχύτητα εικόνες από τη μάζα που κινείται. Οι διαφοροποιήσεις στο φως και τη σκιά, που προκαλούνται από τους κόκκους καθώς εμποδίζουν τις ακτίνες, επιτρέπουν στους επιστήμονες να υπολογίσουν την ταχύτητα και την κατεύθυνσή τους, χωρίς να χρειάζεται να διακοπεί η κίνηση.
Τα πρώτα αποτελέσματα ήταν αποκαλυπτικά. Στην επιφάνεια του σωρού εμφανίστηκαν μικρά κυματάκια – μια ένδειξη που χρόνια τώρα οδηγούσε στην υποψία ότι κάτι συμβαίνει και πιο βαθιά. Αυτή τη φορά, οι επιστήμονες μπόρεσαν να συνδέσουν αυτά τα κυματάκια με πραγματικές πλευρικές και κυκλικές κινήσεις στο εσωτερικό της μάζας.
Με την ανάλυση των δεδομένων, κατάφεραν να χαρτογραφήσουν με λεπτομέρεια πώς οι κόκκοι κινούνται όχι μόνο στην κύρια κατεύθυνση της ροής, αλλά σε ολόκληρο το βάθος του σωρού. Έτσι, απέκτησαν για πρώτη φορά άμεσες, πειραματικές αποδείξεις για την ύπαρξη των δευτερευουσών αυτών ρευμάτων, που αποδεικνύονται θεμελιώδες χαρακτηριστικό των κοκκωδών υλικών.
Το πείραμα βέβαια δεν έγινε με χιόνι ή βράχια, αλλά με γυάλινες σφαίρες σε ελεγχόμενο περιβάλλον. Αυτό σημαίνει ότι η εικόνα που έχουμε είναι ακόμη περιορισμένη, και η πλήρης τρισδιάστατη απεικόνιση δεν έχει επιτευχθεί. Ωστόσο, οι ερευνητές ήδη σχεδιάζουν να επεκτείνουν τη μέθοδό τους, δοκιμάζοντας πιο ρεαλιστικά υλικά και συνθήκες.
Η κατανόηση του πώς ακριβώς κινούνται οι κόκκοι μέσα σε μια κατολίσθηση ή χιονοστιβάδα δεν είναι ακαδημαϊκό καπρίτσιο. Θα μπορούσε να συμβάλει σε καλύτερες προβλέψεις και πιο αποτελεσματικά μέτρα προστασίας απέναντι σε φυσικές καταστροφές που απειλούν ανθρώπινες ζωές. Παράλληλα, μπορεί να έχει εφαρμογές σε βιομηχανίες που βασίζονται στη διαχείριση κοκκωδών υλικών, από την αγροδιατροφή μέχρι την παραγωγή φαρμάκων.
[via]
