组成颗粒物质的单个粒子与组成气液固态的原子分子很相似,因此以往研究认为可以用固体、液体力学的理论来研究颗粒物质。但实际上,颗粒物质液固态性质都与牛顿流体、弹性固体等连续介质体系有着显著的区别。这一领域的研究过去进展缓慢,主要是由于实验技术的限制,难以观察并非透明的颗粒物质内部形态。王宇杰团队将部分实验搬进了瑞金医院,团队成员、论文第一作者寇斌权博士与医生一起为实验装置做CT,从微观粒径尺度得到颗粒物质位移与旋转随时间的变化规律。研究者经过海量数据的处理和研究发现,颗粒体系具有和普通液体完全不同的微观动力学,认为传统意义上理解的颗粒“固体”是一种正好处在液固相边界的临界固体。
同时,研究者还发现,颗粒物质表面不是绝对光滑的,除了颗粒粒径尺度外,表面尺度同样对运动状态产生影响。这种多尺度现象也导致传统意义理解的颗粒“固体”正好处在液固相边界的临界态,才产生了“静如沙丘,动如流水”的状态。
这项研究不仅有基础研究意义,王宇杰教授认为,未来在对包括地震、泥石流等自然灾害的预防和控制,工业和农产品输运,甚至“一带一路”建设中遇到的海床、地基巩固、沙漠治理等领域有更深刻和精准的理解,将产生极大的潜在影响。