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当你打开一罐混合坚果时，通常会摇晃一下。你是否注意到，在这样的动作之后，混合物中最大的坚果--巴西坚果--会浮到顶部？这种大物体上升到小物体混合物表面的现象，专业名称为颗粒对流，被普遍称为"巴西坚果效应"，在自然界中经常发生，如果你没有巴西坚果，也可以通过摇动例如一桶沙子和卵石来观察。

在一袋混合坚果中，经过摇晃，较小的坚果填补了底部产生的空隙，将较大的巴西坚果推到顶部。资料来源：Melchoir, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

这种不寻常的效果与较重的物体由于重力和惯性力而应该沉入底部的直觉相矛盾。自然界中常见的沉淀现象就是这种情况，这是一个涉及分散在液体中的固体颗粒在重力或惯性力影响下下沉的过程。沉淀在沉积岩的形成等过程中起作用，也被用来净化水和废水或从血液中分离细胞。

直到现在，人们认为外部能量的流入，如摇动袋子，是产生巴西坚果效应的必要条件。然而，正在开发的理论模型表明，该现象可以自发发生，不需要外部能量的供应。来自乌特勒支大学和华沙大学物理系的一组实验和理论物理学家首次通过实验证实了理论计算结果。这项研究的结果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一篇论文中。

华沙大学物理系的Jeffrey Everts强调说："我们已经证明，巴西坚果效应可以在完全由布朗运动和电荷排斥驱动的带电胶体粒子的混合物中发生，"他在乌特勒支大学理论物理研究所的René van Roij的指导下进行了实验的理论计算。Marjolein van der Linden在乌特勒支大学德拜纳米材料科学研究所的Alfons van Blaaderen的指导下，负责该研究的实验部分。

研究人员使用具有不同直径（大和小）的带电聚甲基丙烯酸甲酯颗粒来进行实验。一种低极性溶剂，即环己基溴化物，被用来作为分散剂。

正如研究人员所指出的，尽管在颗粒状（如坚果）和胶体混合物中都会出现"巴西坚果效应"，但其形成机制完全不同。在坚果混合物的情况下，由于摇晃，较小的坚果填充在底部产生的空隙中，将较大的坚果推到顶部。同时，胶体中的带电粒子由于与周围的溶剂分子发生碰撞而做布朗运动。

"每个粒子都带正电。较重但较大的颗粒具有更大的电荷，因此它们相互之间的排斥力更强，使它们比较小但较轻的颗粒更容易向上移动，"杰弗里-埃弗茨解释说。

胶体粒子混合物中的"巴西坚果效应"的发现可用于从地质学到软物质物理学的许多领域。它还可以在工业中找到应用，如油漆和墨水的稳定性。

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