钻石背后的炼金术：挖掘棒球心爱的泥土

随着费城人队的世界大赛希望被亚利桑那钻石背队破灭，宾夕法尼亚大学的研究人员正在将目光转移到棒球传奇中一个鲜为人知的球员身上：“魔术泥”。

这个神秘的泥潭来自特拉华河沿岸的一个秘密地点，长期以来一直是美国职业棒球大联盟 （MLB） 球员的无名伴侣。据宾夕法尼亚大学艺术与科学学院地球与环境科学和机械工程与应用力学教授道格拉斯·杰罗尔马克（Douglas Jerolmack）说，这种泥浆是由一个家庭采购的，近90年来一直保护着它的位置，它是一种粘稠的灰褐色物质，具有“像奶油一样蔓延，像砂纸一样抓地力”的奇怪特性。

“在每场比赛之前，棒球都会用这种泥浆按摩，这给原本光滑的球体带来了易于抓握的贴面，”杰罗尔马克说。

与Jerolmack一起的还有同事Paulo Arratia，他是宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院机械工程和应用力学以及化学和生物分子工程教授;博士后研究员Shravan Pradeep;以及本科生研究员陈翔宇。该团队正在深入研究魔术泥的物理和化学，以破解其密码并解开其特别之处，并了解其特性背后的原理是否预示着新一轮的材料科学创新。

“2019 年，当一位体育记者向我询问泥浆时，我对泥浆一无所知，对棒球也一无所知，”杰罗尔马克说。“在研究这个问题的过程中，我们发现了一个关于它的信息和文献世界，以及如此多的阴谋，但对它是如何工作的或它是否有效的机械理解。

Arratia解释说，在显微镜下，泥浆类似于沙子、淤泥、粘土和水的普通混合物;然而，当使用流变仪（一种测量粘度的装置）时，泥浆的行为就像奢华的面霜，施加的力越大，它传播的就越稀。

“泥浆的这种意想不到的行为，特别是考虑到它的沙质结构，进一步引起了我们的兴趣，”阿拉蒂亚说。更重要的是，他指出，这种天然泥浆的稠度和成分可能因批次和年份而异，这引起了美国职业棒球大联盟的担忧。

“他们希望游戏尽可能可预测和一致，因此在微观层面上了解这种泥浆可以帮助实现这一目标。

“但让我强调一下，我们并不是试图通过帮助美国职业棒球大联盟生产合成版本的泥浆来让这个家族破产，”杰罗尔马克说。“我们希望在它的构成和它如何流动、如何抓握以及它如何与表面相互作用之间找到某种关系。

研究人员正在不遗余力地进行研究。扫描电子显微镜 （SEM） 等技术使他们能够对最微小的粘土颗粒进行成像并精确定位组成成分。

“你可以使用标准的光学显微镜来观察这些微小的颗粒，并很好地了解正在发生的事情，”Jeromlack说。“但SEM的美妙之处在于，它使我们能够更进一步;超越光的极限，进入纳米尺度;我们可以看到哪些元素在哪里。

Arratia补充说，了解这些材料的组成方式也很重要，他说：“沙粒是聚集在一起还是分散得很好，可以帮助解释为什么它被涂抹或推动得越多，它就会以这种方式流动。

普拉迪普在来到宾夕法尼亚大学时，在编目流程方面拥有广泛的背景，他补充说，当 Jerolmack 向他推销这个项目时，他很快意识到这不仅仅是一个流程问题，“这是一个流程和抓地力问题，”他说。“我们需要弄清楚流体特性如何影响球的触感以及它们之间的关系，因此我们正在设计和进行大量测试，以模拟投手的手和球之间的相互作用。

来自密歇根州大急流城的MEAM三年级学生Chen正在创造用于研究球与手的相互作用的合成手指。他指出，除了在机械加工中应用他的一些技能的好方法之外，有机会从事对自然界中发现的产品进行逆向工程的项目似乎令人兴奋，他期待看到它成形。

该团队正在逐渐推开并挑出泥泞的核心。很快，他们将公布他们的一些发现，他们希望其他团队将开始研究泥泞，扩展工作。

“我们并不指望得到所有的答案，也不指望完全了解是什么造就了这种泥浆，”杰罗尔马克说。他将这个项目比作找出一个特定的蛋糕配方，他说：“我们知道成分，并怀疑可能还有其他一些，比如微生物等等，但我们只是想对正在发生的事情有一个非常基本的了解，我们预计我们和其他人会随着时间的推移增加这种理解。

道格拉斯·杰罗尔马克（Douglas Jerolmack）是宾夕法尼亚大学艺术与科学学院地球与环境科学系以及工程与应用科学学院机械工程与应用力学系的教授。

Paulo Arratia是宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院机械工程系和应用力学系以及化学与生物分子工程系的教授。

Shravan Pradeep是宾夕法尼亚大学艺术与科学学院的博士后研究员。

陈翔宇是工程与应用科学学院机械工程与应用力学专业的三年级学生。