在浓雾中行驶时，汽车前灯的作用有限，因为光线会被悬浮在空气中的水粒子散射。当你试图在水中观察一滴牛奶的内部或借助白光观察蛋白石的内部结构时，情况也类似。在所有这些情况下，多重光散射效应阻碍了对内部的检查。

　　美因茨约翰内斯古腾堡大学（JGU）和

　　塞尔多夫海因里希海涅大学（HHU）的一组研究人员现在已经克服了这一困难，并展示了一种研究结晶液滴内部的新方法。他们的研究结果最近发表在《软物质》杂志上。

　　当你把一滴墨水放入水中时，我们都知道结果：墨水颗粒会通过简单的扩散逐渐分散。然而，当考虑到由相互强烈排斥的粒子组成的水滴时，就不一定是相同的了。

　　一些模拟存在于一些相当奇特的物质中，比如尘埃等离子体，就像构成太阳的物质一样，由互斥粒子组成。关于悬浮在液体中的相互排斥的粒子形成液滴的预测一直缺失。同样在实验上，所有试图测量这种水滴的三维行为的尝试都被证明是徒劳的。

　　然而，研究人员现在已经开发出一种方法，使用非常简单的实验室工具，可用于在白光无法穿透和使用x射线不方便的情况下进行调查。他们的方法利用了这样一个事实：多次散射光的颜色取决于局部粒子的浓度。当材料是结晶时，这种效果甚至会增强。因此，不同颗粒浓度的区域会以不同的颜色出现。

　　原则上，粒子集中的区域闪烁着明亮的蓝色，而粒子相距较远的其他区域则呈现出微红色。用不同波长的白光照亮水滴，所有的颜色同时散射，几乎不可能在整个浑浊和白色的水滴中确定每种颜色的确切来源。

　　JGU的Palberg教授解释说：“我们克服了这个困难，用不同的单色光连续照射这些液滴，即单个波长的光。”对于每个波长，多次散射只发生在粒子浓度合适的区域，而液滴的其余部分对该波长透明。

　　“因此，我们能够准确地看到红色或蓝色光从水滴深处散射到哪里。使用我们的技术，我们现在可以——以高度的空间和时间分辨率——检查结晶、浑浊滴，甚至其他浑浊介质的密度分布。”

　　例如，该方法可用于分析沉淀浆料的浓度梯度或确定搅拌用溶剂稀释的油漆时获得的均质化程度。

　　

　　在他们最近的论文中，研究人员应用他们的新方法来研究由等电荷组成的悬浮液滴，从而排斥悬浮在水中的小聚合物球。最初，这些颗粒相互作用非常强烈，未稀释的悬浮液形成多晶材料。这种悬浮液在外观上与宝石蛋白石非常相似，并表现出很强的多重散射。然而，只要把一滴放在水中，它就会开始膨胀。

　　“通过这项开创性的工作，我们能够确定这种晶体材料的膨胀曲线相对复杂。它既没有固定的总密度，也没有精确定义的外缘，也没有像液体介质中一滴不排斥的粒子那样直接的扩散曲线。”

　　此外，由于颗粒之间的相互排斥，结晶球最初会迅速膨胀，然后晶体在水滴边缘因稀释而崩解，水滴逐渐开始缩小。

　　当实验室实验在美因茨大学进行时，HHU的Hartmut教授L?wen小组正在根据动态密度泛函理论对密度分布进行理论建模。

　　“实验结果和模型之间有很好的相关性，表明这种理论有很好的预测能力，”L?wen说。

　　事实上，计算得到的密度曲线也显示出中心最大密度和径向密度梯度，密度梯度随时间变平。值得注意的是，即使是晶体液滴最大膨胀的时间也被准确地预测出来了。可以得出结论，液滴的大小是由两个相反的过程决定的：它不断膨胀，同时在其轮廓处融化。

　　研究人员总结道：“这两个过程之间的相互作用产生了一种膨胀情景，它在定性方面与等离子体模型所预测的不同。”他们现在计划通过系统地改变粒子的排斥水平来继续他们的研究，以找出这是如何影响密度分布和膨胀动力学的。