インスピレーションはどこからやって来るのだろうか？ 当然のことながら、いたるところからである。もちろんカフェラッテからもやってくる。

プリンストン大学の機械航空宇宙工学科の教員ハワード・ストーンと学生のナン・シューは、カフェラッテをつくる際にできるミルクのなかのコーヒーの成層（積み重なって層を形成すること）に着想を得て、ある重要な研究を実現した。それは塩分濃度や温度の異なる水の成層といった海洋学的現象の解明や、産業分野において複雑さと製造コストを減少させる鋳造システムを開発するうえでも、大いに役立つかもしれない。

研究者たちは、濃度、温度、流し込む速度が完璧な成層をつくるための秘密を解き明かし、『Nature Communications』誌において、説明している。それによると、カフェラッテの層状構造の形成は「驚くべきもの」なのだという。実際、液体を別の液体に注いで混ぜたあとで、最初のカオス的な状況から「秩序だって分離された」層へと移行する。

シューの実験では、ほぼ層化できたカフェラッテを数え切れないほど用意することになった。その結果わかったのは、一定の温度と、ある速さで液体を注ぎ込んだ場合にのみ、層状構造を得られることだった。

色のついた湯と塩水による実験

この現象の根底にある物理を完全に解明してモデル化するために、研究者たちはある実験を始めた。エスプレッソコーヒーを色付きの湯に変え、ミルクを熱い塩水（つまり、湯よりも濃い液体）に変えたのだ。

その後、彼らはLEDと粒子画像流速測定法と呼ばれる手法で動きのイメージをとらえ、注ぎ込まれて混合する際の液体の力学を観察した。そしてついに、実験データと比較する数値シミュレーションを行うための数理モデルを作り上げた。

これらの実験の結果、科学者チームはカフェラッテの成層の根底にある物理現象が、二重拡散対流であると結論づけた。海で塩分濃度や温度の異なる水塊がぶつかり合うときに起きるのと、同じ現象だ。

混合物のなかで、より濃くより冷たい液体が下に沈む傾向がある。これに対し、より薄くより温度の高い液体は上に浮く傾向があり、「勾配」つくり出す。しかし、液体が別の液体に注ぎ込まれる速度も勾配の形成に影響する。なぜなら、動いている間の2つの液体の熱交換に影響するからだ。速度が低すぎると混ぜ合わせが均等になりすぎ、層の形成ができなくなる。

専門家たちは、より複雑な液体の系に拡大する前に、さらなる研究によってこのモデルの特徴を詳しく解き明かす必要があると主張している。

とはいえ科学コミュニティは、この研究がさまざまな分野に大きな反響を引き起こすと信じている。例えば、海における熱や塩分濃度に基づく水の流れを、よりよく説明する助けになるかもしれない。そして、濃度の異なる液体の注入による混合のプロセスにおいて、産業に革新を生み出すことができるかもしれないのだ。