成都兩本科男生破解巧克力秘密 登上歐洲頂尖物理雜志

記者 趙雨欣 圖片由受訪者提供

24℃的巧克力是固態(tài)，升溫至37℃時(shí)完全融化。然而，融化后的巧克力再降溫至24℃時(shí)卻不能凝固，這是為什么？日前，電子科技大學(xué)兩名學(xué)生，用巧克力和乒乓球設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，破解了巧克力“相變”中的“滯后現(xiàn)象”。而這一現(xiàn)象，對(duì)于巧克力行業(yè)的生產(chǎn)來說影響不小，不僅會(huì)影響巧克力的保存，還會(huì)影響其口感。

為了揭開秘密，兩位男生先后“熬”掉20盒巧克力，成功實(shí)驗(yàn)后，又修改了40多遍論文，最終以《巧克力相變中的滯后》這篇論文，成功入選SCI教學(xué)期刊《歐洲物理雜志》2016年度Highlights(相當(dāng)于年度優(yōu)秀論文匯總)。據(jù)了解，每年在該期刊上發(fā)表的來自中國(guó)的論文不超過10篇，本科生論文更是鳳毛麟角。

▲左：任瑞龍 右：逯群峰

巧克力的秘密

巧克力在24℃時(shí)是固態(tài)，但將巧克力升溫至37℃時(shí)，它完全融化。然而，當(dāng)完全融化的巧克力從37℃降溫到24℃時(shí)卻沒有凝固，要繼續(xù)降溫到10℃左右才凝固。這一現(xiàn)象到底是什么原理?

其實(shí)，這是一個(gè)日?，F(xiàn)象，大家已經(jīng)司空見慣了。但是，這些年，卻沒人用科學(xué)的方法將這一現(xiàn)象還原并給以合理的解釋。但是，電子科技大學(xué)兩名男生(現(xiàn)在已經(jīng)研一)，就因?yàn)樵诖蠖r(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單又巧妙的實(shí)驗(yàn)，就解開了巧克力“相變”中的“滯后現(xiàn)象”秘密。

事情要從2014年說起，當(dāng)時(shí)，該校應(yīng)用物理專業(yè)的任瑞龍和逯群峰共同參加2014年中國(guó)大學(xué)生物理學(xué)術(shù)競(jìng)賽，在競(jìng)賽中放棄了一道題，內(nèi)容是“巧克力相變中的滯后”。“當(dāng)時(shí)我們解這道題沒有理論支持，僅僅只有實(shí)驗(yàn)，因此只得了很低的分?jǐn)?shù)。”任瑞龍回憶，由于比賽的時(shí)間和場(chǎng)地限制，沒有太多時(shí)間研究，而且找不到理論支撐。比賽結(jié)束后，他和逯群峰就開始著手研究這一難題，“高難度和趣味性激發(fā)了我們的斗志”。

一個(gè)月“熬”掉20盒巧克力 破解巧克力“相變”中“滯后現(xiàn)象”

為了尋找“巧克力相變中的滯后”的理論依據(jù)，任瑞龍和逯群峰花了大量的時(shí)間和精力在實(shí)驗(yàn)上。任瑞龍說：“一個(gè)月內(nèi)，我們‘熬’掉了20多盒巧克力。這個(gè)實(shí)驗(yàn)看似簡(jiǎn)單，卻很耗時(shí)，幾乎半天的時(shí)間才能出一組數(shù)據(jù)。”

而他們的實(shí)驗(yàn)器材也異常簡(jiǎn)單，僅用了巧克力、乒乓球、恒溫水浴箱等常見器具。他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置：把加熱融化后的巧克力放入培養(yǎng)皿里，敷平表面后放入冰箱里凝固，作為樣本。然后，取一個(gè)乒乓球，用針管注滿水，作為“測(cè)量?jī)x器”。

通過觀察乒乓球逐漸融化在巧克力上壓出的凹槽和變化時(shí)的溫度，測(cè)量乒乓球沾到巧克力圓形區(qū)域的直徑。經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比后，他們最終選用唯象理論進(jìn)行解釋，即跳出對(duì)微觀細(xì)節(jié)的討論。從宏觀層面進(jìn)行研究，通過建立平方反比關(guān)系，把實(shí)驗(yàn)變量與理論模型參數(shù)緊密聯(lián)系起來，使實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線更好的吻合，從而得到巧克力滯后現(xiàn)象的唯象解釋。

任瑞龍說：“簡(jiǎn)單來說，我們通過設(shè)計(jì)的一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)，破解了巧克力‘相變’中的‘滯后現(xiàn)象’。而這一現(xiàn)象，對(duì)于巧克力行業(yè)來說，不僅會(huì)影響巧克力的保存，還會(huì)影響其口感。”

論文前后修改40個(gè)版本 本科小伙的論文登上《歐洲物理雜志》

2015年3月，在指導(dǎo)老師滕保華的鼓勵(lì)和幫助下，他們開始著手撰寫研究論文。由于要兼顧日常課業(yè)，論文的撰寫，他們只能課余擠時(shí)間做，每周末從下午1點(diǎn)到晚上8點(diǎn)左右，坐在教研室里推敲修改。最終，論文在經(jīng)歷了40多遍修改后出爐。2015年12月9日，論文在《歐洲物理雜志》上發(fā)表。

“我還記得論文發(fā)表當(dāng)天，我和任瑞龍買了啤酒和小吃，在寢室小小慶祝了一番”。逯群峰認(rèn)為，多虧老師滕保華無數(shù)次的鼓勵(lì)，才會(huì)有他們今天的成績(jī)，“在實(shí)驗(yàn)過程中，我們想過無數(shù)次放棄。但最終還是因?yàn)閷?duì)學(xué)術(shù)研究的態(tài)度，我們才堅(jiān)持下來。”本科畢業(yè)后，任瑞龍和逯群峰都留在學(xué)校繼續(xù)讀研，回想起那段經(jīng)歷，他們說：“有這樣一段經(jīng)歷，本科，不遺憾了。”

記者從川內(nèi)高校了解到，《歐洲物理雜志》是國(guó)際公認(rèn)的物理教學(xué)研究高水平期刊之一，也是為數(shù)不多的被SCI收錄的教學(xué)研究高水平期刊之一。據(jù)了解，每年在該期刊上發(fā)表的來自中國(guó)的論文不超過10篇。而Highlights文章(類似報(bào)紙的亮點(diǎn)文章)，需經(jīng)《歐洲物理雜志》刊登后被所有的《歐洲物理雜志》討論組和外界所有同行審核并得到相當(dāng)?shù)恼J(rèn)可后，才能進(jìn)入榜單，是一種非常難得的極高榮譽(yù)。