對於大多數流體來說，壓力的增加應該會導致速度的提升，就像從管中擠出番茄醬一樣。但是，當流經土壤或沉積岩等多孔材料時，某些液體在壓力下會減速。查明這種減速的原因將有利於環境清理和石油開採等行業，在這些行業中，將一種液體泵入地下會迫使另一種液體排出；然而，這種運動很難直接觀察到。
普林斯頓大學化學工程師克里斯托弗·布朗和物理學家蘇吉特·達塔為這個難題提供了一個解決方案。透過調整一種特殊的液體使其透明，並將其泵入同樣透明的人造岩石的孔隙中，他們記錄了液體的運動如何變得混亂，產生漩渦，堵塞孔隙並減緩流動。
感興趣的流體，稱為聚合物溶液，是生物學以及化妝品和能源行業中常見的大型彈性分子鏈的溶解版本。理論研究表明，當鏈條在接近平坦的通道中拉伸然後回彈時，它們會產生力，從而攪動渦流。但達塔說，這種湍流是否“出現在真實的 3-D 土壤、沉積物和多孔岩石中一直備受爭議”。
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為了解決爭議，研究人員將合成聚合物溶液泵入一個模擬的“沉積岩”中，該“沉積岩”由裝滿微小玻璃珠的盒子製成。他們透過稍微稀釋聚合物溶液來調整其精確的化學成分，以改變光線的折射方式，使“岩石”即使在飽和狀態下也完全透明。
科學家在聚合物中摻入熒光晶片，並在顯微鏡下跟蹤其在孔隙中的運動，記錄了渦流的斑片狀區域，並測量了溶液在不同壓力下的流動情況。這證實了宏觀尺度上的減速具有研究人員懷疑的微觀起源：聚合物鏈在透過孔隙時伸展開來，然後又捲曲回去。研究結果發表在《科學進展》Science Advances上。
“視覺化 3-D 多孔介質內部的流動，實際上為了解一些以前無法看到的東西打開了一扇窗戶，”賓夕法尼亞大學生物化學工程師保羅·阿拉蒂亞說，他沒有參與這項研究。作為下一步，“如果能夠真正看到分子的拉伸和回彈，那將非常棒 [可以] 將分子觀點與微觀層面聯絡起來。”
工業應用需要知道在給定的流速下，將聚合物溶液推過多孔材料需要哪些特定的壓力。該研究提供了一個描述這種關係的物理模型，並且可以預測，例如，透過注入溶液可以從化學場所回收多少汙染物。“如果沒有可預測性，”達塔說，“注入操作就是反覆試驗。”