圖1. 裝置結(jié)構(gòu)：上層電控裝置，中層為雙倉(cāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K層，下層為單倉(cāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K層

圖2. 左：微重力下單倉(cāng)的團(tuán)簇現(xiàn)象；右：雙倉(cāng)中首次在微重力下觀察到明顯的顆粒兩倉(cāng)分聚現(xiàn)象

近日，中科院物理所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）軟物質(zhì)物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員厚美瑛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與中科院上海技物所張濤團(tuán)隊(duì)合作，完成“實(shí)踐十號(hào)”顆粒物質(zhì)箱空間實(shí)驗(yàn)裝置，并首次在軌獲得了微重力下團(tuán)簇形成、顆粒冷卻行為以及雙倉(cāng)分聚麥克斯韋妖現(xiàn)象等顆粒動(dòng)力學(xué)重要實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

據(jù)了解，微重力環(huán)境是實(shí)驗(yàn)觀察顆粒氣體形成以及研究其本征行為的必要條件。4月6日～25日在軌的“實(shí)踐十號(hào)”返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，為這樣的實(shí)驗(yàn)研究提供了長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定微重力條件，使得實(shí)驗(yàn)觀察成為可能。

厚美瑛告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，與分子氣體不同，由于粒子間非彈性碰撞和摩擦等內(nèi)秉的能量耗散特性，顆粒體系經(jīng)常會(huì)有局部凝聚（或團(tuán)簇）現(xiàn)象出現(xiàn)。

此次實(shí)驗(yàn)分單、雙倉(cāng)兩個(gè)部分：?jiǎn)蝹}(cāng)部分有三個(gè)以活塞分隔的單獨(dú)樣品倉(cāng)，觀察顆粒在活塞激振下的分布情況；雙倉(cāng)部分為一個(gè)以窗口相連、分隔為兩部分的倉(cāng)，實(shí)驗(yàn)觀察顆粒受兩端活塞激振后的分聚情況。衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)成功獲取單倉(cāng)顆粒分布圖像，并首次在微重力下觀察到雙倉(cāng)明顯的顆粒兩倉(cāng)分聚現(xiàn)象。單倉(cāng)實(shí)驗(yàn)在中間倉(cāng)觀察到氣態(tài)均勻分布與團(tuán)簇兩相，在左倉(cāng)和右倉(cāng)觀察到了局域團(tuán)簇。在雙倉(cāng)中，首次觀察到的微重力下兩倉(cāng)分聚現(xiàn)象仍有待更多參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與進(jìn)一步分析。

實(shí)驗(yàn)首次對(duì)顆粒團(tuán)簇行為進(jìn)行了系統(tǒng)空間實(shí)驗(yàn)，后續(xù)有望獲得對(duì)顆粒聚集行為的系統(tǒng)觀察，并利用顆粒物質(zhì)內(nèi)稟特性，建立空間儲(chǔ)存、運(yùn)輸和操作的新方法。