Нове дослідження міжнародної команди вчених виявило дивовижну властивість золота: воно може залишатися твердим при короткочасному нагріванні значно вище раніше гіпотетичних меж плавлення. Це відкриття може призвести до повної переоцінки нашого розуміння поведінки матерії в екстремальних умовах. Використовуючи інтенсивні, надкороткі лазерні випромінювання, дослідники змогли проштовхнути тонкі фрагменти золота за межу, відому як катастрофа ентропії. Ця точка, що є аналогом точки плавлення для граничних випадків, де звичайна фізика не застосовується, раніше вважалася втричі вищою за стандартну точку плавлення, пише T4.
Феномен, відомий як перегрівання, полягає в тому, що тверде тіло нагрівається настільки швидко, що його атоми не встигають перейти у рідкий стан. Кристалічна структура може зберігатися набагато довше за стандартну температуру плавлення, хоча й протягом надзвичайно короткого проміжку часу. Завдяки новому методу вимірювання енергії відбитих рентгенівських променів для точного визначення поглиненої теплової енергії, команда виявила, що золото можна нагріти в 14 разів вище за його стандартну точку плавлення, перш ніж воно остаточно розріджується.
Ці результати, хоч і здаються дивними, не порушують законів термодинаміки. Вони лише свідчать про те, що іноді реакції відбуваються настільки швидко, що закони термодинаміки не встигають “включитися”. Здається, що атомам всередині золота просто немає куди рухатися протягом цього короткого періоду, дозволяючи тепловій енергії розсіюватися, перш ніж структура встигне зруйнуватися. Дослідникам вдалося досягти температури 19 000 Кельвінів (близько 18 700 градусів Цельсія), при цьому золото зберігало свою тверду структуру понад 2 пікосекунди – достатньо довго, щоб змусити науковців переглянути існуючі моделі.
“Це вимірювання не лише перевищує раніше передбачені межі ентропійної катастрофи, але й вказує на набагато вищий поріг перегріву твердих тіл, тим самим переписуючи фундаментальне розуміння стабільності твердої фази в екстремальних умовах”, — зазначають дослідники у своїй опублікованій статті. Наслідки цього відкриття є надзвичайно цікавими для фізиків: можливо, деякі тверді речовини взагалі не мають чіткої точки плавлення, принаймні при перегріванні протягом надкоротких часових періодів. “Наші експерименти чітко демонструють, що раніше запропонована межа перегріву може бути значно перевищена, якщо матеріал нагрівати досить швидко”, — підкреслюють вчені.
Ці нові знання матимуть широке застосування. Надшвидкі події нагрівання відбуваються у багатьох процесах: від зіткнень астероїдів у космосі до ядерних реакторів на Землі. Тепер вчені краще розумітимуть, що відбувається під час таких подій. У майбутніх дослідженнях команда планує з’ясувати, чи інші тверді речовини реагують так само, як золото, а також глибше дослідити концепцію катастрофи ентропії. Як зазначив фізик Томас Вайт з Університету Невади, це відкрите питання, що повертає до витоків: “Наскільки сильно можна нагріти щось, перш ніж воно розплавиться?”. Дослідження було опубліковано у провідному науковому журналі Nature.
Читайте також: Найбільше у світі родовище містить 99,99% усього золота на Землі
Підписуйся на наш Telegram-канал