Золото залишається твердим навіть під час короткочасного нагрівання до температур, що значно перевищують раніше передбачувані його межі. Це може вимагати повного переосмислення того, як матерія поводиться в екстремальних умовах.
Головні тези:
- Золото показало надзвичайну стійкість при нагріванні до екстремальних температур, не розплавившись навіть під час нагрівання до 14 разів вищої точки плавлення.
- Вчені виявили, що тверда речовина може зберігати свою структуру при температурі близько 18 700 градусів Цельсія навіть протягом 2 пікосекунд, що викликає занепокоєння щодо існуючих моделей.
- Отримані результати дослідження підштовхнули до переосмислення стандартних уявлень про стабільність твердої фази матерії в екстремальних умовах.
Золото не розплавилося при “наднагріві”: чому це важливо
Міжнародна команда вчених використовувала потужні і надкороткі лазерні імпульси, щоб нагріти тонкі фрагменти золота за межі так званої "катастрофи ентропії" — точки, за якої тверда речовина стає занадто гарячою, щоб чинити опір плавленню.
Це свого роду "точка плавлення" для особливих випадків, коли звична фізика вже не працює.
У явищі, відомому як наднагрів, тверда речовина може нагріватися настільки швидко, що атоми не встигають перейти в рідкий стан. Кристали можуть зберігати свою структуру навіть далеко за межами стандартної температури плавлення — нехай і на дуже короткий час.
Зазвичай катастрофа ентропії настає за температури, що втричі перевищує стандартну точку плавлення. Однак, застосувавши новий метод розрахунку енергії відбитих рентгенівських променів для точного вимірювання поглинутого тепла, вчені виявили, що золото може бути нагріте до температури, що в 14 разів перевищує цю межу, перш ніж воно перейде в рідкий стан.
Проте результати дослідження не порушують закони термодинаміки — вони лише показують, що іноді реакції відбуваються занадто швидко, щоб закони термодинаміки встигли набути чинності. Схоже, що атомам золота просто нікуди рухатися протягом найкоротшої миті, і теплова енергія розсіюється, перш ніж структура зруйнується.
Дослідникам вдалося досягти температури приблизно 18 700 градусів Цельсія, при цьому золото зберігало тверду структуру понад 2 пікосекунди (одна пікосекунда — це трильйонна частка секунди). Цього виявилося достатньо, щоб учені засумнівалися в наявних моделях.
Цей вимір не тільки перевершив раніше передбачені межі катастрофи ентропії, а й припускає набагато вищий поріг наднагріву твердих тіл, тим самим переписуючи фундаментальне розуміння стабільності твердої фази за екстремальних умов.
Наслідки цих відкриттів захоплюють уяву: можливо, у деяких твердих тіл взагалі немає фіксованої точки плавлення, принаймні в умовах надшвидкого нагріву.
Нові дані виявляться корисними в безлічі галузей — від зіткнень астероїдів у космосі до процесів у ядерних реакторах на Землі. Вчені тепер зможуть краще розуміти, що відбувається в таких короткочасних, але екстремальних подіях.
