Как майонез помогает учёным изучать термоядерный синтез

Представьте, что вы хотите смоделировать процессы, происходящие в раскалённой до миллионов градусов плазме внутри термоядерного реактора. Вам нужны дорогущие установки, невероятные давления, суперкомпьютеры… Или банка майонеза. Да-да, того самого, что стоит в вашем холодильнике. Учёные из Лихайского университета (США) доказали, что это не шутка: с помощью майонеза можно моделировать поведение высокотемпературной плазмы. Серьёзно.

Майонез — это не просто соус. Это сложная физическая система. По сути, это эмульсия: миллиарды крошечных капелек масла, взвешенных в воде и связанных воедино молекулярной сетью из яичного желтка. В обычном состоянии он ведёт себя почти как мягкое твёрдое тело. Но стоит приложить давление — и он начинает течь. Именно эта двойственность, эта «неньютоновская» сущность, делает его идеальной дешёвой моделью для плазмы в термоядерных установках. Гениально, не правда ли?

Итак, о чём речь? Инерционный термоядерный синтез — это способ зажечь на Земле мини-звезду. Для этого крошечные капсулы с топливом (изотопами водорода) сжимают и нагревают с такой чудовищной силой, что они превращаются в плазму, где и начинаются ядерные реакции. Но есть проблема, и её озвучивает соавтор работы Ариндам Банерджи: «Когда вы пытаетесь воссоздать условия Солнца, в плазме возникают гидродинамические нестабильности. Они разрушают симметрию сжатия и крадут у нас драгоценную энергию». Проще говоря, всё идёт не по плану, и реакция гаснет.

«Мы используем майонез, потому что он ведёт себя как твёрдое тело в покое, но под давлением начинает течь», — объясняет Банерджи. Это ключевое свойство. И оно позволяет обойтись без создания реальных экстремальных условий. Зачем ломать голову над многомиллионными установками, если можно поставить эксперимент на кухонном столе? Ну, почти.

Кухонная физика: как майонез учит нас управлять звездой

Команда построила специальную вращающуюся установку, которая создаёт центробежные силы, имитирующие давление в плазме. Как только ускорение превышало критический порог, наш «звёздный» майонез сдавался и начинал течь.

Как майонез помогает учёным изучать термоядерный синтез

И вот что важно: учёные увидели, что коллапс происходит не мгновенно. Майонез проходит несколько чётких фаз. «Представьте расплавленный металл, — говорит Банерджи. — Если приложить к майонезу напряжение, он деформируется, но если отпустить — вернётся в исходную форму. Это упругая фаза. А вот следующая фаза — это когда он начинает течь безвозвратно. Вот тут-то и рождается нестабильность».

Уловить момент этого перехода — всё равно что найти точную грань, где контролируемое сжатие топливной капсулы сменяется хаосом. Если мы научимся предсказывать и предотвращать этот момент в майонезе (а затем и в компьютерных моделях), мы сможем спроектировать капсулы, которые будут стабильны до самого конца. Это и есть огромный шаг к управляемой реакции.

«Мы повышаем предсказуемость того, что произойдёт с этими раскалёнными капсулами, с помощью наших аналоговых экспериментов на вращающемся ускорителе. И майонез действительно помогает», — резюмирует Банерджи. Кто бы мог подумать, что путь к энергии будущего лежит через салат «Оливье»? Наука порой выбирает самые неожиданные, но изящные пути.