Vědci použili ultrarychlé lasery s vysokou intenzitou k přehřátí zlata na 14krát vyšší bod tání, aniž by se z pevného kovu proměnili v kapalinu.
Rekordní experiment, který byl popsán ve studii zveřejněné 23. července v časopis PřírodaRozbila desetiletou teorii o stabilitě pevných látek a je první spolehlivou metodou, která přesně měří teplotu extrémně horkých systémů, uvedli vědci.
Neobvyklé stavy hmoty, jako je plazma obklopující slunce nebo vysokotlaká jádra planet, mohou dosáhnout neuvěřitelných teplot milionů stupňů Fahrenheita. Ve skutečnosti se však do této takzvané „teplé husté hmoty“ ve skutečnosti ukázalo jako náročné, protože vědci se však snažili měřit krátkodobý horký materiál dostatečně rychle, aby dosáhli spolehlivých výsledků.
„Máme dobré techniky pro měření hustoty a tlaku těchto systémů, ale nikoli teplotu,“ studoval autor spolupráce Bob NailsVědec na ministerstvu SLAC National Accelerator Laboratory SLAC pro ministerstvo energetiky, uvedl v a prohlášení. „V těchto studiích jsou teploty vždy odhadem s obrovskými chybovými pruhy, které skutečně drží naše teoretické modely-byl to desetiletí dlouhý problém.“
Rychlost byla proto klíčem k úspěšnému měření. K dosažení tohoto cíle používal tým 45-femtosekundu (45 kvadrilioniontů sekundy) rentgenové laserové pulzy, aby rychle zahříval tenký zlatý film. Když záření procházelo krystalickým filmem, atomy vibrovaly při frekvenci přímo související s jejich rostoucí teplotou. Druhý puls vystřelil na horký vzorek a poté rozptýlil tyto vibrační atomy a posun ve frekvenci těchto vychýlených paprsků poskytl kvantitativní měření rychlosti atomů, a tedy teploty.
Vědci si však uvědomili, že dosáhli mnohem více než nové techniky měření. „Byli jsme překvapeni, když jsme v těchto přehřátých pevných látkách našli mnohem vyšší teplotu, než jsme původně očekávali, což vyvrátí dlouhodobou teorii z 80. let,“ autor studie Comal. Thomas WhiteVe svém prohlášení, docent fyziky na University of Nevada, uvedl Reno.
Související: Vědci spatří molekuly vody, které se převrátí před rozdělením, a mohlo by jim to pomoci produkovat levnější palivo
Vzorek pevného zlata dosáhl ohromujících 19 000 Kelvins (33 700 stupňů Fahrenheita nebo 18 700 stupňů Celsia) – 14krát standardní bod tání prvku 1 337 Kelvins (1 947 f, nebo 1 064 ° C). „To je možná nejžhavější krystalický materiál, který byl zaznamenán,“ dodal White v jiném prohlášení. „Čekal jsem, že se zlato před roztavením docela výrazně zahřeje, ale neočekával jsem, že se čtrnáctinásobné nárůst teploty!“
Normálně mají pevné látky a kapaliny definovanou teplotu, při které se mění z jednoho stavu na druhý. Za určitých podmínek však mohou být materiály zahřívány za tyto limity bez změny stavu – jev známý jako přehřátí. Tento účinek je někdy pozorován ve vodě zahřívané v mikrovlnné troubě. Pokud je kontejner hladký, neexistují žádné nesrovnalosti, kolem které se mohou bubliny tvořit, takže kapalná voda obchází 212 F (100 ° C) bez vaření. Nejmenší rušení však může vyvolat „katastrofa“ a voda se výbušně vaří, protože tento metastabilní stav je porušen.
V 80. letech lékaři vypočítali limit tohoto přehřátí pro pevné látky jako trojnásobek bodu tání, který dabovali „entropickou katastrofu“. Nad tímto bodem by pevná látka měla teoreticky větší entropii nebo poruchu než její kapalná forma, která by lámala Druhý zákon termodynamiky. Jak tento zákon uvádí, že entropie se musí vždy zvyšovat, myšlenka, že úhledně uspořádané částice pevné látky by mohly být narušené než náhodné rozdělení částic v kapalině, je nemožným rozporem.
Jak tedy zůstal vzorek zlata pevný ve 14krát vyšší než bod tání? Tým navrhl, že pouhá rychlost, při které zahříval zlato, zabránila rozšíření krystalové struktury během časového rozsahu experimentu.
„Je důležité objasnit, že jsme neporušili druhý termodynamický zákon,“ řekl White. „Ukázali jsme, že těmto katastrofám lze zabránit, pokud se materiály zahřívají extrémně rychle – v našem případě, v bilionténě sekundy.“
