Физик из Уорика решил столетнюю загадку для отслеживания наночастиц-убийц

Ученый из Уорикского университета решил столетнюю физическую загадку, что позволило создать простой и надежный способ отслеживания «воздушных убийц» — вредных наночастиц неправильной формы, которые являются одним из видов загрязнителей воздуха. Этот прорыв может значительно улучшить моделирование распространения болезней и загрязняющих веществ.

Ежедневно люди вдыхают огромное количество микроскопических частиц, таких как сажа, пыль, пыльца, вирусы и микропластик. Многие из них настолько малы, что могут проникать глубоко в легкие и даже попадать в кровоток, способствуя развитию серьезных заболеваний, включая болезни сердца, инсульты и рак. Несмотря на то, что большинство таких частиц имеют неправильную форму, существующие математические модели часто рассматривают их как идеальные сферы для упрощения расчетов, что ограничивает точность прогнозов.

Профессор Дункан Локерби из Инженерной школы Уорикского университета предложил первый надежный и простой в использовании подход для расчета движения частиц любой формы. Его работа, опубликованная в научном журнале, обновляет и упрощает уравнение, которому уже более ста лет, закрывая давний пробел в аэрозольной науке.

Прорыв основан на пересмотре одного из фундаментальных понятий в этой области — поправочного коэффициента Каннингема, разработанного в 1910 году. В 1920-х годах лауреат Нобелевской премии Роберт Милликен усовершенствовал эту формулу, но при этом упустил из виду более простое и общее решение, в результате чего современная версия оставалась применимой только для сферических частиц.

Профессор Локерби переформулировал оригинальную идею Каннингема в более общей форме. Он ввел «корректирующий тензор» — математический инструмент, который описывает весь спектр сил сопротивления, действующих на частицы любой формы, от сфер до тонких дисков, без необходимости использования сложных эмпирических подгонок. Новая модель обеспечивает более надежную основу для понимания движения взвешенных в воздухе частиц в таких областях, как контроль качества воздуха, климатическое моделирование, нанотехнологии и медицина.