Бельгийские ученые Дмитрий Пушкин, Денис Мельников и Валентина Шевцова (когда-то имевшие отношение к МФТИ) сделали замечательное открытие. Им удалось разобраться с задачей, которую за 10 лет довольно плотного исследования не могли решить другие. Как и любой хороший результат в гидродинамике, открытие физиков связано с самым широким спектром вопросов — от токов жидкости внутри клетки до формирования планет и звездных систем.

Что же такого интересного сделали Пушкин, Мельников и Шевцова? Для того чтобы объяснить суть их открытия, начнем издалека. В 1996 году Дитрих Швабе из Гиссенского университета изучал так называемые термокапиллярные токи. Для этого капелька жидкости зажималась между концами двух стержней, после чего один из них начинали нагревать. В результате внутри капли возникали конвекционные потоки, которые переносили тепло и жидкость от одних районов капли к другим. Подобные простые опыты позволяют обнаружить эффекты, объяснение которых часто приводит к возникновению целых научных направлений — физики сначала открывают явление, а потом занимаются его объяснением, зачастую (не в обиду будет им сказано) попадая пальцем в небо.

Итак, чтобы наглядно продемонстрировать токи жидкости внутри капли Швабе, надо было что-то в эту каплю добавить. Палочки тут не подойдут — диаметр объекта меньше миллиметра, а вот мелкие (чтобы не мешали ни себе, ни потоку) частицы, желательно с хорошей теплопроводимостью (чтобы разница температур никаких лишних потоков не создавала) — вполне то, что нужно. Однако очень скоро Швабе обнаружил, что частицы не только не хотят следовать за потоком жидкости, но вместо этого образуют собственную достаточно устойчивую структуру, то есть следуют за потоком не хаотично, а организованным образом.

Главным инструментом работы когда-то российских исследователей Пушкина, Мельникова и Шевцовой стало, как это часто бывает, компьютерное моделирование.
…
В результате, при некоторых дополнительных условиях Пушкину, Мельникову и Шевцовой удалось не только получить картинку, похожую на полученный на практике поток, но и обнаружить причину возникновения устойчивых структур — оказалось, что фазы колебаний частиц относительно обоих потоков — продольного (почти «конвекционного») и поперечного (кольцо полюсов) — синхронизируются. То есть, например, пройдя полный цикл движения под воздействием продольной составляющей, частица совершала полный цикл и под воздействием поперечной составляющей.

В общем, работа у ученых получилась со всех сторон интересная — здесь и старая нерешенная задача, и пробивное компьютерное моделирование, и аналитика и, конечно же, просто удачные догадки авторов. Все оказалось напрямую связано с кучей полезных приложений, да еще и уместилось всего на 11 страницах (во всяком случае именно таков размер препринта (pdf) их статьи в Physical Review Letters).