В едно иновативно експериментално проучване учени за първи път измериха директно температурата на атомите в „топла плътна материя“, опровергавайки четири десетилетия теория и предефинирайки границите на това колко горещи могат да станат твърдите тела, без да се разпаднат.

Проучването, ръководено от изследователи от Националната ускорителна лаборатория SLAC и Университета на Невада в град Рино, разкрива, че материали като златото могат да издържат на екстремни температури, когато се нагряват достатъчно бързо.

Проучването предлага метод за измерване на температурите в материя, толкова гореща като ядрата на планетите и термоядрените реактори – системи, в които температурата винаги е била най-трудната за определяне променлива.

„Имаме добри техники за измерване на плътността и налягането на тези системи, но не и на температурата“, каза Боб Наглер, научен сътрудник в SLAC. „В тези проучвания температурите винаги са приблизителни с огромни грешки, което наистина забавя нашите теоретични модели. Това е проблем от десетилетия.“

За да преодолеят проблема, изследователите разработиха нов метод, който избягва индиректните модели. В инструмента Matter in Extreme Conditions (MEC) на SLAC те използваха лазер, за да прегреят златна проба с дебелина само няколко нанометра. Последва светкавица от ултра ярки рентгенови лъчи.

Докато атомите вибрират от топлината, рентгеновите лъчи се разсейват, променяйки честотата си по начин, който директно разкрива тяхната температура.

„Най-накрая успяхме да направим директно и недвусмислено измерване, демонстрирайки метод, който може да се приложи в цялата област“, каза Том Уайт, доцент по физика в Университета на Невада, Рино.

Цифрите шокират екипа. Златото, за което обикновено се очаква да се стопи при около 1337 келвина, достигна зашеметяващите 19 000 келвина, като запази своята твърда кристална структура.

Това е 14 пъти повече от точката на топене и далеч над теоретичния праг, при който твърдите вещества би трябвало да се разпадат.

„Бяхме изненадани да открием много по-висока температура в тези прегрети твърди вещества, отколкото първоначално очаквахме, което опровергава дългогодишна теория от 80-те години“, казва Уайт. „Това не беше нашата първоначална цел, но това е същността на науката – да откриваш нови неща, за които не си знаел, че съществуват.“

Това откритие оспорва и отдавна съществуващото предположение, известно като ентропийна катастрофа, а именно идеята, че има твърда горна граница на това колко може да се нагрява твърда материя, преди да се стопи или изпари внезапно.

Златото не се разпадна, защото беше нагрято толкова бързо, че нямаше време да се разшири или да загуби структурата си.

„Важно е да се изясни, че не сме нарушили Втория закон на термодинамиката“, шеговито добавя Уайт.

„Това, което демонстрирахме, е, че тези катастрофи могат да бъдат избегнати, ако материалите се нагряват изключително бързо – в нашия случай в рамките на трилионни от секундата.“

Наглер смята, че изследователите може би вече са преминавали тази граница в минали експерименти, без да го осъзнават, защото не са могли да измерват температурите директно. С този метод това се променя.

„Ако първият ни експеримент с тази техника доведе до голямо предизвикателство за установената наука, не мога да чакам да видя какви други открития ни очакват“, каза той.

Снимка: Unsplash

Виж още: На този 245TB SSD от Kioxia, който е най-голямото сторидж решение в света, може да съхраните 12 500 филма в 4К