當你打開一罐混合堅果時，通常會搖晃一下。你是否注意到，在這樣的動作之後，混合物中最大的堅果–巴西堅果–會浮到頂部？這種大物體上升到小物體混合物表面的現象，專業名稱為顆粒對流，被普遍稱為”巴西堅果效應”，在自然界中經常發生，如果你沒有巴西堅果，也可以通過搖動例如一桶沙子和卵石來觀察。

在一袋混合堅果中，經過搖晃，較小的堅果填補了底部產生的空隙，將較大的巴西堅果推到頂部。資料來源：Melchoir, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

這種不尋常的效果與較重的物體由於重力和慣性力而應該沉入底部的直覺相矛盾。自然界中常見的沉澱現象就是這種情況，這是一個涉及分散在液體中的固體顆粒在重力或慣性力影響下下沉的過程。沉澱在沉積岩的形成等過程中起作用，也被用來淨化水和廢水或從血液中分離細胞。

直到現在，人們認為外部能量的流入，如搖動袋子，是產生巴西堅果效應的必要條件。然而，正在開發的理論模型表明，該現象可以自發發生，不需要外部能量的供應。來自烏特勒支大學和華沙大學物理系的一組實驗和理論物理學家首次通過實驗證實了理論計算結果。這項研究的結果發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上的一篇論文中。

華沙大學物理系的Jeffrey Everts強調說：”我們已經證明，巴西堅果效應可以在完全由布朗運動和電荷排斥驅動的帶電膠體粒子的混合物中發生，”他在烏特勒支大學理論物理研究所的René van Roij的指導下進行了實驗的理論計算。Marjolein van der Linden在烏特勒支大學德拜納米材料科學研究所的Alfons van Blaaderen的指導下，負責該研究的實驗部分。

研究人員使用具有不同直徑（大和小）的帶電聚甲基丙烯酸甲酯顆粒來進行實驗。一種低極性溶劑，即環己基溴化物，被用來作為分散劑。

正如研究人員所指出的，儘管在顆粒狀（如堅果）和膠體混合物中都會出現”巴西堅果效應”，但其形成機製完全不同。在堅果混合物的情況下，由於搖晃，較小的堅果填充在底部產生的空隙中，將較大的堅果推到頂部。同時，膠體中的帶電粒子由於與周圍的溶劑分子發生碰撞而做布朗運動。

“每個粒子都帶正電。較重但較大的顆粒具有更大的電荷，因此它們相互之間的排斥力更強，使它們比較小但較輕的顆粒更容易向上移動，”杰弗裡-埃弗茨解釋說。

膠體粒子混合物中的”巴西堅果效應”的發現可用於從地質學到軟物質物理學的許多領域。它還可以在工業中找到應用，如油漆和墨水的穩定性。