湍流无处不在。从拿铁咖啡里搅拌成涡旋的咖啡和牛奶，到飞机机翼和车身上的气动力，甚至到心脏瓣膜关闭后的血液流动，它是无所不在的。然而，我们仍然没有完全掌握它的所有规律。

一个障碍是物理学家的传统方法，他们通常更喜欢研究与外部因素隔离的现象。但是当涉及到湍流时，就像搅拌杯中的液体一样，勺子仍然是过程的一个组成部分，影响着流体的行为。到目前为止，将湍流作为独立变量进行隔离证明是一个难题。

然而，芝加哥大学的一组科学家开创了一种在水箱中产生封闭湍流的方法。他们使用喷射环形设备来形成并持续存在一个孤立的湍流“球”。

“对我们来说，这是个意外。”说实话，物理学家松泽巧是描述这一发现的研究的第一作者。“就像平静地坐在一个草地上野餐，看着50英尺外暴风雨肆虐。”文中对应作者、教授威廉·欧文说。

他们希望这一突破能开辟一条新的研究途径，以更好地理解湍流。

“没人知道这是可能的。”

湍流-在混合不均匀物质中的混乱流动-是一个古老的问题。“它经常被引用为物理学中一个重要的未解之谜，”欧文说。

在过去几十年里，科学家们在描述“理想化”的湍流状态的行为方面取得了进展。也就是说，在没有限制因素或强度和时间变化的困扰情况下的湍流。但是，当涉及到理解现实世界的湍流时，还有很多待解之处。

“湍流无处不在，但它一直逃避着物理学家们认为是一个令人满意的描述，”欧文说。“例如，如果你问，当我刺激湍流区域时，我能预测接下来会发生什么吗？答案是否定的。甚至超级计算机也无法真正预测。”

一个大问题是实验中存在混淆变量。你可以通过将高速水柱喷射到管道中或在水箱中搅拌来产生湍流，但湍流总是与容器壁和搅拌器相互摩擦，影响结果。

松泽、欧文及其合作者一直在使用水箱进行实验，制造“涡旋环”，类似于烟圈，但在水中。当他们试图将它们结合起来制造湍流时，能量通常在消散之前就会反弹回来。

但是，当他们找到一个特定的配置时-一个有八个角落的盒子，每个角落都有一个涡旋环发生器-发生了一些奇怪的事情。

当他们反复发射在中心相遇的环时，他们看到一个自包含的湍流球形形成，远离水箱的壁。

这本身就是一个突破：“没有人知道这是可能的，”物理学研究生松泽说。“湍流非常擅长混合物质；如果你将牛奶与咖啡混合，你只能在混合之前得到一两个漩涡。事实上，我们可以将其固定在一个位置上是非常令人惊讶的。”

松泽解释说，一个独立的湍流球可以让科学家们使用激光和多个高速相机更精确地跟踪湍流的参数。这包括它的能量和螺旋度（衡量环路纠结或“打结”程度），以及动量和角动量（流体力学中的动量和角动量的等效物）。

此外，他们可以通过改变参数来操控湍流。他们可以改变发送进入的环的螺旋是顺时针还是逆时针旋转。他们可以改变输入的能量量，或停止添加环并观察湍流的消散，或者改变环的螺旋度并观察湍流随时间演变的情况。

欧文说：“湍流如何消散？如何扩散？它“记得”什么？能量如何在不同的尺度上蔓延？湍流是否有不同类型？我们可以提出各种各样的问题，而这个独特的环境可以使我们提出这些问题。”“我真的希望这能够帮助开辟领域中的新范围。”