经济日报|金属液滴：成双成对，在轨追逐( 二 )
在竖直方向跳动的液滴通过与其局部导航波的相互作用 ， 获得水平方向的推力从而产生位移 。 这一液滴的自我助推状态和运动模式被形象的比拟为“行走” 。 行走的液滴 ， 与量子力学中导航波理论描述的量子世界的粒子 ， 有着很多相似之处 。
更令人惊讶的是 ， 先前的研究表明 ， 这种流体导航波体系中的悬浮液滴能够模拟量子领域的一系列神秘行为 ， 例如隧穿、干涉、衍射等 。 对这种宏观层面上波粒二象性的认识 ， 使得流体导航波研究近年来引发科学界的重视 。
液滴CP ， 如何舞？
为什么这么重视？因为其他研究途径都太困难了：除了量子体系之外 ， 物理系统中普遍存在着波动伴随的粒子运动 ， 然而这些行为通常要么发生在极端尺度 ， 要么需要借助特殊条件才能实现 ， 这给直接观测和控制带来了巨大困难 。 而对于宏观的流体导航波体系来说 ， 其驱动参数及系统结构均可灵活变换 ， 易于实现 。
此前 ， 已有部分研究考查了常规流体导航波体系中单个液滴或者多个液滴的动态行为 ， 并探索了它们与量子体系的相似性问题 。 但这些研究也有缺点 ， 有的只局限于单液滴、单个导航波场 ， 有的又让系统结构过于复杂化了 。
所以 ， 科学家们都想寻找一种全新液滴运动模式 ， 它既不是单个导航波场 ， 又要避免增加系统和控制的复杂程度 。 现在 ， 中国科学家们做到了！
当流体导航波体系遇到被称作“终结者”流体的液态金属时 ， 会发生什么？这正是来自清华大学和中国科学院理化技术研究所的研究人员想要探究的问题 。
与经典的流体导航波系统中使用的常规流体（例如硅油）相比 ， 室温液态金属镓铟合金具有独特的流体特性 ， 如极大的密度和表面张力 ， 极低的粘性等 。 考虑到这些流体特性对液池及液滴的运动都具有显著的影响 ， 研究团队设计了一个液态金属导航波系统（图1） ， 来研究其中的宏观波粒二象性 。
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图1. 液态金属导航波体系 。 在复合导航波波场的驱动下 ， 两个不同大小的金属液滴在竖直振动的液池表面上产生量子化、方向性在轨旋转追逐运动 。
“流体性质的差异的确带来了不同的实验结果 。 但是一开始观察到的情景却让我们有点失望 ， 因为我们无法在液态金属系统中重现液滴的‘行走’状态 。 而之前的研究表明 ， 实现液滴的‘行走’是激发液滴水平运动和其他更复杂行为的先决条件 。 ”这项工作的第一作者汤剑波博士说道 ， “然而 ， 在尝试着向我们的液态金属系统中加入第二滴液滴的那一刻 ， 我们立即变得兴奋起来 。 ”事实证明 ， 虽然单个液态金属液滴在水平方向上保持静止 ， 但是当两个大小不同的液滴在液池上相遇时 ， 它们会自动耦合（自锁）成一个液滴对 ， 并随即在液池中旋转起来（图2） 。
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图2. 实验观察到的金属液滴对的在轨旋转追逐运动（俯视图） 。 左、右图分别显示一个短程自锁的液滴对和一个长程自锁的液滴对（箭头指示液滴运动方向） 。
所以 ， 这金属液滴是单身狗时就宅家不肯动 ， 一旦配对就会跳双人舞撒狗粮？
研究人员还发现 ， 液态金属体系中液滴的协同运动表现出一系列十分新奇的特征 。
首先 ， 这些液滴对总是精确地沿着以液池的中心为圆心的同心圆环旋转 ， 仿佛它们被锁定在这些环形轨道中 。
其次 ， 研究小组发现 ， 液滴对作旋转运动具有方向性（图3） 。
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图3. 实验观察到的液态金属液滴对运动的侧视图（对应图2 ， 箭头指示液滴运动方向） 。
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