Ses alanında asılı duran iki küçük polistiren boncuk, tekrar tekrar çarpıştırılıyor. Tek bir çarpışmanın aktardığı yük rastgele görünüyor; değerler çarpık bir ortalama etrafında dağılıyor. Yüz çarpışmadan sonra tablo rastgele görünmeyi bırakıyor.
Bristol Üniversitesi'nden Tom O'Hara'nın ekibi, fiziğin en tanıdık ve en az anlaşılmış olaylarından birinin mümkün olan en yalın halini yalıtmak için özel bir akustik kaldırıcı kullandı: iki cismin dokunup ayrılmasıyla oluşan statik elektrik, yani triboelektrik yüklenme. Çalışma Physical Review E'de yayımlandı.
Zorluk istatistikte. Bir toz bulutunda, kül bulutunda veya gök fırtınasında sürekli değişen koşullar altında milyarlarca çarpışma vardır ve tek bir çarpışmanın ne aktardığı gürültüden ayrılamaz. Ekip bu yüzden tam tersini kurdu: tam olarak iki parçacıklı bir sistem.
MultiLev adlı düzenek, aynı grubun 2017'de ucuz hazır bileşenlerden yaptığı TinyLev'in daha denetlenebilir halefi. Tel örgüden yapılmış karşılıklı iki Faraday kabı birer parçacık tutuyor; örgü aralığı ses dalgalarının içinden geçeceği şekilde seçilmiş. Böylece her boncuk kendi kabında asılı tutuluyor, akustik alan iki boncuğu kaplar arasındaki boşlukta buluşturup çarpıştırıyor, sonra her biri kabına geri dönüyor; hassas bir pikoampermetre indüklenen yükü ölçüyor.
Tek olay gürültüden ibaret. Birikimli sonuç ise bir doyma eğrisi: yük önce hızla yükseliyor, sonra bir üst değere doğru düzleşiyor. Uzun süredir triboelektrik yüklenme için önerilen ama temiz biçimde sınanamayan kondansatör modelinin öngörüsü tam olarak bu. Oluşan gerilim arttıkça yükün akışı zorlaşıyor, ta ki bir denge kurulana kadar.
"Triboelektrik yüklenme Platon'un zamanından beri biliniyor, ancak yük transferini yöneten temel mekanizmalar hâlâ tam anlaşılmış değil," dedi O'Hara. Bu özellikle büyük yüzey alanı sayesinde yoğun yük biriktiren yalıtkan tozlar için önemli.
Bunun bir laboratuvar dipnotundan fazlası olmasının nedeni şu: aynı fizik volkanik külü, toz fırtınalarını ve yük birikip yıldırım olarak boşalana kadar elektriklenen gök fırtınası bulutlarını yönetiyor. Sanayide ise bir toz veya buhar bulutunun kıvılcımla tutuşup tutuşmayacağını belirliyor. Bir toz yatağının ne kadar hızlı doyduğunu öngören model, güvenlik kuralları için "bazen kıvılcım çıkar bazen çıkmaz" bilgisinden farklı bir temel sunuyor.
Zorlu sonraki adım ölçek. Deney iki boncuk arasında ideal koşullarda temiz bir ilişki gösteriyor. Gerçek sistemlerde tane boyu dağılımı, nem, yüzey kirliliği ve milyonlarca komşu var. Doyma eğrisinin orada da geçerli olup olmadığı açık soru — ve derli toplu bir laboratuvar modelinin kullanılabilir bir öngörüye dönüşüp dönüşmeyeceğini belirleyecek olan da bu.
