Tempestades elétricas e raios vulcânicos são exibições espetaculares de energia elétrica liberada pelo ar turbulento. Nesses fenômenos, partículas minúsculas — incluindo cristais de gelo, cinzas vulcânicas e poeira — colidem e ganham cargas elétricas, como estática ao andar em um tapete. À medida que as cargas se acumulam em diferentes áreas, o desequilíbrio pode preparar o cenário para exibições dramáticas de raios.

Apoiado por uma bolsa de cinco anos de US$ 1,25 milhão da Experimental Physics Investigators Initiative da Gordon and Betty Moore Foundation , Rui Ni , professor associado de engenharia mecânica na Johns Hopkins University e pesquisador no Ralph O'Connor Sustainable Energy Institute da Whiting School of Engineering, reproduzirá essas tempestades eletrificadas em seu laboratório. Seu objetivo é entender como o movimento caótico do ar em tempestades — chamado de turbulência de fundo — influencia a formação e o comportamento dos raios.

"Achamos que a resposta pode estar em como a turbulência reúne certas partículas e converte parte da energia cinética em potencial eletrostático", disse Ni. "A turbulência consiste em estruturas internas coerentes com tamanhos diferentes que podem interagir e selecionar partículas de certa densidade e tamanho. Diferentes partículas podem ser segregadas em áreas separadas, aumentando assim o campo eletrostático geral."

Ni é um dos 19 pesquisadores nomeados para a coorte de 2024 da Moore Foundation. A iniciativa é projetada para apoiar projetos novos e potencialmente de alto retorno que irão avançar o campo da física, mas podem ser difíceis de financiar por meio de fontes de financiamento tradicionais, permitindo que os pesquisadores explorem áreas novas e inexploradas e avancem a compreensão científica do mundo natural.

Ni disse que essa pesquisa sobre segregação de carga em fluxos turbulentos carregados de partículas melhorará a compreensão de eventos geofísicos, como raios, vulcões e tempestades de poeira. Além disso, as descobertas do estudo também podem melhorar os processos industriais onde partículas eletricamente carregadas são usadas, incluindo métodos de produção química, controle da poluição do ar, revestimento de superfície e fabricação de medicamentos.

Ni dirige o Fluid Transport Laboratory, que é dedicado ao estudo de fluxos multifásicos turbulentos, um ramo da dinâmica de fluidos que se concentra na física que governa aplicações onde o fluido é frequentemente semeado ou contaminado com bolhas de gás, gotículas de óleo, partículas sólidas e muito mais. Suas honrarias anteriores incluem um prêmio NSF CAREER, um prêmio ACS PRF New Investigator e um prêmio NASA Early Stage Innovation.