Разрушение мифов: атомы в перегретом золоте показали неожиданный результат

Учёные впервые напрямую измерили температуру атомов в материалах, нагретых до экстремальных значений. И этим открытием они неожиданно опровергли теорию, державшуюся десятилетиями.

Прямое измерение

Проблема измерения температуры в "тёплой плотной материи" — будь то недра планет, Солнце или топливо в термоядерном реакторе — мучила физиков десятилетиями. Давление и плотность определялись относительно легко, но температура всегда оставалась под вопросом.

"Наконец-то мы провели прямое и однозначное измерение, продемонстрировав метод, который можно применять повсеместно", — отметил доцент Том Уайт из Университета Невады в Рино.

Как это сделали

Исследователи из SLAC нагрели тончайший образец золота лазером, а затем осветили его импульсом сверхяркого рентгена от LCLS. Вибрация атомов смещала частоту рентгеновских лучей, позволяя вычислить скорость частиц и их температуру.

Результат оказался ошеломляющим: золото перегрелось до 19 000 К — в 14 раз выше точки плавления, при этом сохранив кристаллическую решётку.

"Это опровергает давнюю теорию 1980-х годов", — признался Уайт.

Энтропийная катастрофа, которой не случилось

Считалось, что при сильном перегреве любое вещество рано или поздно "рушится" в состояние плавления или кипения — так называемая энтропийная катастрофа. Но быстрый нагрев за триллионные доли секунды не оставил золоту времени на расширение, и оно осталось твёрдым.

"Важно уточнить: мы не нарушали законы термодинамики", — усмехнулся Уайт.

Новая физика

"Если наш первый эксперимент стал серьёзным вызовом для традиционной науки, то мне не терпится узнать, какие ещё открытия нас ждут", — добавил научный сотрудник SLAC, Боб Наглер.

Метод уже применяют к материалам, подвергнутым ударному сжатию, чтобы смоделировать условия в ядрах планет, а также для точных расчётов в инерционном термоядерном синтезе.

Теперь исследователи могут измерять температуры от 1000 до 500 000 К и проверять теории, считавшиеся нерушимыми.

Уточнения

Зо́лото (химический символ — Au, от лат. Aurum) — элемент 11 группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы первой группы) шестого периода периодической системы химических элементов с атомным номером 79. Простое вещество золото — благородный металл жёлто-оранжевого цвета.