Ce este sonoluminescența? Fenomenul fizic greu de explicat

Sonoluminescența este emisia de scurte rafale de lumină din bule care implodează într-un lichid atunci când este excitată de sunet. Efectul sonoluminescenței a fost descoperit pentru prima dată la Universitatea din Köln în 1934, ca urmare a lucrărilor la un sonar.

Oamenii de știință au descoperit, în anul 2012, că temperatura din interiorul bulei este suficient de fierbinte pentru a topi oțelul, ajungând la 11.726 grade Celsius. Studiile ulterioare au arătat, însă, că temperatura a ajuns și la 19.700 de grade Celsius.

Sonoluminescența poate apărea atunci când o undă sonoră cu o intensitate suficientă induce o cavitate gazoasă în interiorul unui lichid să se prăbușească rapid. Această cavitate poate lua forma unei bule preexistente sau poate fi generată printr-un proces cunoscut sub numele de cavitație. Frecvențele de rezonanță depind de forma și dimensiunea containerului în care este conținută bula.

Cu toate acestea, chiar și în ziua de astăzi, fenomenul este foarte greu de explicat de oamenii de știință. În 2002, M. Brenner, S. Hilgenfeldt și D. Lohse au publicat o recenzie de 60 de pagini care conține o explicație detaliată a mecanismului. În timpul exploziei unei bule, inerția apei provoacă o presiune și o temperatură ridicată, atingând aproximativ 9.726 de grade Celsius în interiorul bulei, ducând la ionizarea unei fracții mici din gazul prezent.

Curiozități despre sonoluminescență

Lumina care strălucește din bule durează între 35 și câteva sute de picosecunde, cu intensități maxime de ordinul 1-10 mW. Bulele sunt foarte mici atunci când emit lumina – aproximativ 1 micrometru în diametru – în funcție de fluidul ambiental (de exemplu, apă) și conținutul de gaz al bulei (de exemplu, aerul atmosferic).

Impulsurile de sonoluminescență cu o singură bulă pot avea perioade și poziții foarte stabile. De fapt, frecvența licăririi de lumină poate fi mai stabilă decât stabilitatea frecvenței nominale a oscilatorului care face ca undele sonore să le conducă. Cu toate acestea, analizele de stabilitate ale bulei arată că aceasta suferă de instabilități geometrice semnificative, din cauza forțelor Bjerknes și instabilităților Rayleigh-Taylor.

Adăugarea unei cantități mici de gaz nobil (cum ar fi heliu, argon sau xenon) la gazul din balon crește intensitatea luminii emise.

Foto: busy.org