Le schiume si trovano ovunque, nei saponi e detersivi, meringhe, schiuma di birra, cosmetici e isolanti per abbigliamento ed edilizia. L'applicazione delle schiume tende a sfruttare la loro struttura unica, ecco perché è così importante capire come la loro struttura può cambiare nel tempo.

I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno studiato la dinamica delle schiume. Quando una goccia d'acqua è stata aggiunta a una zattera di schiuma, le bolle si sono riorganizzate per raggiungere un nuovo stato stabile. Il team ha scoperto che il movimento delle bolle era qualitativamente diverso a seconda della gamma di dimensioni delle bolle presenti. Insieme alle analogie con i materiali morbidi, questi risultati possono ispirare la progettazione di nuovi materiali in schiuma per l'industria.

Il gruppo, guidato dal Prof. Rei Kurita della Tokyo Metropolitan University, ha studiato schiume liquide come quelle realizzate con detersivo e acqua. Erano interessati a capire come si riorganizzano le bolle di una schiuma. Mentre gli studi precedenti di solito applicavano una forza alla schiuma con un pungolo a lato, il team ha adottato il metodo molto più delicato di aggiungere una piccola quantità di acqua, preservando le bolle ma cambiando le condizioni abbastanza perché le bolle si riorganizzino e trovino un nuovo stato stabile. Ciò ha reso molto più facile vedere come sottili spinte o perturbazioni ambientali portano a piccoli, eventi di rilassamento delle bolle isolate.

Filmando le bolle che si riorganizzano, il team ha mostrato per la prima volta che i riarrangiamenti erano fondamentalmente diversi a seconda della gamma di dimensioni delle bolle presenti nella schiuma. Quando le bolle erano più o meno della stessa dimensione, o monodisperso, si disponevano in un esagonale, formazione a nido d'ape. Dopo aver aggiunto acqua, le bolle che si muovevano tendevano a rimescolare nella stessa direzione su lunghe distanze, lungo le linee del favo. Al contrario, quando c'erano molte particelle piccole e grandi, la disposizione iniziale era molto meno ordinata. I riarrangiamenti in questa schiuma polidispersa erano casuali, con bolle adiacenti che si muovono in tutte le direzioni. I video realizzati hanno permesso al team di estrarre una lunghezza di correlazione dinamica, la scala di lunghezza su cui le bolle si muovono in direzioni simili. Tenere traccia di come questa lunghezza cambia in condizioni diverse è fondamentale per posizionare i materiali espansi nell'ampio quadro della fisica della materia condensata. interessante, l'unico movimento correlato osservato nella schiuma esagonale non dipendeva dal contatto delle bolle adiacenti:dovevano semplicemente essere abbastanza vicine da formare modelli ben ordinati.

Il team ha continuato a confrontare questo comportamento con simulazioni di impaccamenti di particelle morbide con diverse gamme di dimensioni. Hanno trovato un comportamento molto simile, mostrando chiaramente che non si trattava di un capriccio di schiume liquide, ma una caratteristica generale delle particelle morbide che sono state incastrate insieme. Queste intuizioni su come le schiume reagiscono ai più sottili segnali ambientali potrebbero un giorno informare su come le schiume vengono mantenute stabili o fluide, e come i materiali inceppati morbidi vengono gestiti nei processi industriali.