Учёные разогрели золото до 19 000 кельвинов и опровергли теорию 1980-х годов

Исследователи из SLAC использовали лазер для сверхнагрева образца золота, а затем измерили температуру атомов с помощью рентгеновских импульсов. Автор: Грег Стюарт/SLAC National Accelerator Laboratory

Учёные впервые напрямую измерили температуру атомов в экстремально горячих материалах, что привело к опровержению теории 40-летней давности и изменило представления о сверхнагреве.

Измерение температуры в экстремальных условиях — например, в плазме Солнца, ядрах планет или термоядерных реакторах — всегда было сложной задачей. Такие материалы, называемые «тёплой плотной материей», могут достигать сотен тысяч градусов Кельвина, но до сих пор их температура определялась лишь приблизительно.

«У нас есть хорошие методы измерения плотности и давления, но не температуры. Это десятилетиями оставалось проблемой», — пояснил Боб Наглер, сотрудник Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда учёных впервые напрямую измерила скорость колебания атомов в сверхнагретом золоте, что позволило точно определить температуру. В процессе эксперимента золото было разогрето до 19 000 К (33 740 °F) — в 14 раз выше температуры плавления, — оставаясь при этом в твёрдом состоянии. Это опровергло теорию «энтропийной катастрофы», предложенную в 1980-х годах.

Метод основан на использовании ультраярких рентгеновских импульсов от источника Linac Coherent Light Source (LCLS). Лазер нагревал тонкий слой золота, а рентгеновские лучи фиксировали колебания атомов, позволяя точно определить их температуру.

«Мы неожиданно обнаружили, что золото может быть нагрето гораздо сильнее, чем предполагалось. Это не было нашей изначальной целью, но наука именно в этом — находить новое», — сказал Том Уайт, соавтор исследования.

Учёные предполагают, что сверхбыстрый нагрев (за триллионные доли секунды) предотвращает расширение материала, позволяя ему сохранять кристаллическую структуру. Это открытие может изменить подход к исследованиям в области термоядерного синтеза, физики планет и других экстремальных условий.

Схема экспериментальной установки. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09253-y

Исследователи уже применили этот метод для изучения температур в условиях, имитирующих недра планет, и планируют использовать его в разработке термоядерных реакторов.

Подробнее: Thomas G. White et al, Superheating gold beyond the predicted entropy catastrophe threshold, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09253-y