人类“悬浮”新可能出现，这次是声波涡旋！
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“声学牵引波束“的原理是利用声波能量来将颗粒物悬浮在半空中。相比于磁悬浮技术，这一技术甚至可以悬浮更多种类的固体或液体。
来自英国布里斯托大学的工程师们首次展现了他们的新研究：在这种声学“牵引波束”中，可以稳定地捕捉比声波波长更大的物体。这一发现将开拓出药物胶囊操纵或人体微型手术的新应用。令外，在较大的精密样品运输方面，我们或许不再需要过多的包装也能完成安全稳定的运输。而最令人兴奋的是，这一技术或许可以让人们“悬浮”的憧憬成为可能。
图 | 声波涡旋工作原理示意图：通过相反方向的声波涡旋的相互作用，粒子可以被稳定的捕获并悬浮在涡旋中心，红色和蓝色线为示意出的反向声波涡旋。
在这项研究之前，研究人员认为，声学牵引波束仅局限于小物体的悬浮。这一结论的得出是因为研究者先前对悬浮比波长更大的粒子进行的诸多尝试，而得到的结果是物体会不受控的旋转，究其原因是由于旋转的声场将一些旋转动量转移到物体上，使它们转速越来越快，最终被弹射了出去。
不过这次研究者发布的在 1 月 22 日《物理评论快报》上的新方法解决了他们先前的无法稳定悬浮“大尺寸物体“的难题。这一次，研究者创造了类似于龙卷风形的扭曲声波结构，其外部发出的快速的扰动着的声波场会围绕着一个安静平稳的内核旋进。
该研究发现，通过快速改变涡流的扭转方向，可以精确控制粒子的旋转速度，从而稳定住牵引波束。随后，为了能够悬浮更大尺寸的物体，研究者们试着尽可能的去增大内核的尺度。最终，研究者在 40 千赫兹的超声波频段成功的稳定一个近两厘米的聚苯乙烯球（迄今为止该方法能悬浮的最大物体，接近声波波长两倍）。而研究表明，将来“声音牵引波束”这种方法有可能悬浮更大的物体。
图 | 1.6 厘米 (声波波长的 1.88 倍) 的聚苯乙烯泡沫粒子被困在 40kHz 超声波发生器的中心
文章的第一作者，布里斯托大学机械工程系的 Asier Marzo 博士表示，悬浮的小尺度限制，已经困扰了声学研究者多年，而如今的方法非常令人满意，成功的克服了小尺度问题，这将能打开许多新的应用大门。
图 | 在一个普通的圣彼漩涡中的直径为 2mm 聚苯乙烯泡沫塑料颗粒
开发了相关模拟的 Mihai Caleap 教授表示：“在未来，通过更大声波能量，更大的物体将得以被悬浮。而使用较低频率的声音虽然可以使这个实验变得可听，但是这样的声音频率对于人类本身是危险的。”
同时，参与这项工作的 Bruce Drinkwater 教授补充到，声学牵引波束在许多应用中具有巨大的潜力。比如非接触式生产线，在这种生产线上，一些精密的物件可以在不接触的情况下完成组装。
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校审：黄珊
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