Gli scienziati hanno catturato per la prima volta la complessa dinamica del movimento delle particelle nei materiali granulari, aiutando a spiegare perché le noci miste vedono spesso le noci del Brasile più grandi riunirsi in alto. I risultati potrebbero avere un impatto vitale sulle industrie alle prese con il fenomeno, come i prodotti farmaceutici e minerari.

Molte persone avranno l'esperienza di immergere le mani in un sacchetto di noci miste solo per trovare le noci del Brasile in cima. Questo effetto può essere facilmente osservato anche con scatole di cereali, con gli elementi più grandi che salgono verso l'alto. Colloquiale, questo fenomeno delle particelle che segregano in base alle loro dimensioni è noto come "effetto noce brasiliana" e ha anche enormi implicazioni per le industrie in cui la miscelazione irregolare può degradare in modo critico la qualità del prodotto.

Ora, per la prima volta, gli scienziati dell'Università di Manchester hanno utilizzato l'imaging 3D risolta nel tempo per mostrare come le noci del Brasile salgono verso l'alto attraverso un mucchio di noci. Il lavoro mostra l'importanza della forma delle particelle nel processo di de-miscelazione.

Una difficoltà comune nell'esaminare i materiali granulari è seguire ciò che accade alle particelle all'interno della pila, che non si vede facilmente. Questa nuova ricerca pubblicata sulla rivista Rapporti scientifici fa un passo avanti fondamentale nella nostra comprensione utilizzando tecniche di imaging avanzate presso il nuovo National Research Facility for Lab-based X-ray Computed Tomography (NXCT), con sede presso l'Henry Royce Institute.

Regius Professor Philip Withers ha detto:"In questo lavoro, abbiamo seguito il movimento delle noci del Brasile e delle arachidi attraverso la tomografia computerizzata a raggi X time-lapse mentre il branco veniva ripetutamente agitato. Questo ci ha permesso di vedere per la prima volta il processo attraverso il quale le noci del Brasile passano oltre le noccioline per salire in cima".

Il team ha catturato l'esclusivo esperimento di imaging in video che mostra l'evoluzione temporale della miscela di noci in 3D. Si vedono le arachidi filtrare verso il basso mentre tre noci del Brasile più grandi si vedono salire verso l'alto. La prima noce del Brasile raggiunge il 10% superiore dell'altezza del letto dopo 70 cicli di taglio, con le altre due noci del Brasile che raggiungono questa altezza dopo 150 cicli di taglio. Le restanti noci del Brasile sembrano intrappolate verso il basso e non salgono verso l'alto.

Dottor Parmesh Gajjar, autore principale dello studio, aggiunge:"Criticamente, l'orientamento della noce del Brasile è la chiave del suo movimento verso l'alto. Abbiamo scoperto che le noci del Brasile iniziano inizialmente orizzontalmente ma non iniziano a salire fino a quando non hanno prima ruotato sufficientemente verso l'asse verticale. Al raggiungimento della superficie, poi ritornano ad un orientamento piatto.

"Il nostro studio evidenzia l'importante ruolo della forma e dell'orientamento delle particelle nella segregazione. Inoltre, questa capacità di tracciare il movimento in 3D aprirà la strada a nuovi studi sperimentali di miscele segreganti e aprirà le porte a simulazioni ancora più realistiche e potenti modelli predittivi. Questo ci consentirà di progettare meglio le attrezzature industriali per ridurre al minimo la segregazione delle dimensioni portando così a miscele più uniformi. Questo è fondamentale per molti settori, ad esempio garantire una distribuzione uniforme dei principi attivi nelle compresse medicinali, ma anche nella lavorazione degli alimenti, miniere e costruzioni".