Французские физики впервые измерили частоту колебаний стабильного ртутного кольца, зажатого между двумя прозрачными пластинками. Ученые обнаружили, что динамика кольца почти не отличается от динамики сплошных ртутных «луж» и объяснили, когда кольцо должно разрушаться из-за резонансного роста нестабильностей.

Ранее такие измерения выполнить не удавалось, потому что создать стабильное кольцо жидкости очень сложно. Статья опубликована в Physical Review Letters, препринт работы выложен на arXiv.org.

Кольца завихренной жидкости встречаются в природе повсеместно. В частности, такие структуры неизбежно возникают в гидродинамике и физике плазмы, геофизике (во время вулканических извержений), биофизике и даже квантовой гравитации.

Первая теоретическая статья, посвященная вихревым кольцам жидкости, была написана Германом Гельмгольцем еще в 1858 году, и с тех пор физики широко исследовали динамику этих структур. Впрочем, некоторые подробности жизни кольцевых вихрей до сих пор остаются неизученными. В частности, физики до сих пор плохо понимают, как кольцо разрушается. Теоретические расчеты показывают, что само по себе кольцо очень неустойчиво — стоит слегка подтолкнуть жидкость, и характерная амплитуда колебаний быстро вырастет до размеров кольца, разрушая его на отдельные капли. К сожалению, на практике пронаблюдать за разрушением кольца получается только приблизительно.

Как правило, экспериментаторы создают кольцо одним из трех способов: выдавливают жидкость из трубки (этот способ напоминает выдувание кольца дыма), «вырезают» отверстие в плоском диске или впрыскивают в жидкость пузырек воздуха. Во всех этих экспериментах кольца жидкости распадаются так быстро, что измерить характерную форму и частоту их колебаний оказывается практически невозможно.

Однако группа ученых под руководством Эрика Фалкона (Eric Falcon) придумала, как сравнительно просто изготовить стабильное кольцо жидкости, и впервые (по словам авторов) измерила частоту его резонансных колебаний.