顆粒物質是以離散態(tài)形式存在的物質形態(tài)，是一種復雜體系，其運動規(guī)律與一般固體和液體很不相同，近年來引起物理學界的廣泛關注。對于一個大小顆�；旌系南到y(tǒng)，當受到外界擾動(如振動，搖動等)時，會發(fā)生大小顆粒的分離，一般是大顆粒運動到上層，小顆粒運動到下層，這就是所謂的“巴西果效應”(Brazil nut effect)。這在自然界和生產中普遍存在，是一個人們所熟知的現(xiàn)象。但是長久以來人們對其形成機理并不十分清楚。美國的一個研究小組發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，垂直振動也會導致大顆粒運動到下層，小顆粒運動到上層，產生所謂“反巴西果效應”。對這一新現(xiàn)象，美國芝加哥大學的研究小組在《Nature》上發(fā)表了不同的研究結果。他們未觀察到“反巴西果”現(xiàn)象，但是隨氣壓的變化，導致了大顆粒上升的速度發(fā)生改變。

    中科院物理所陸坤權研究員的小組，通過不同密度大球在不同尺寸顆粒床中振動的實驗，系統(tǒng)研究了大球上升和下降的規(guī)律。發(fā)現(xiàn)當大球和顆粒密度比大于某臨界值時，則大球上升(巴西果效應)，且上升速度隨密度比增大呈冪次方變快。而當密度比小于此臨界值時，則大球下降(反巴西果效應)，下降速度隨密度比減小呈冪次方變快。更重要的是，發(fā)現(xiàn)氣體在“反巴西果”的形成中起關鍵作用。在振動狀態(tài)下形成“反巴西果”的顆粒床中，測量得負的氣壓，正是這個負壓驅動了密度小的大顆粒向下運動，形成了“反巴西果”現(xiàn)象。在相同條件下，抽空的系統(tǒng)中則觀察不到“反巴西果”現(xiàn)象。而在一定振動頻率和加速度下是否產生負壓又與床顆粒的大小及密度有關。

    這項研究得到了國家重點基礎研究項目及國家自然科學基金的資助。研究成果發(fā)表于2003年7月4日的Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 014302。