Золото выдержало рекордную температуру, нарушив законы физики

Исследователи из SLAC использовали лазер для сверхнагрева образца золота. Затем они пропустили через образец импульс ультраярких рентгеновских лучей, чтобы измерить скорость и температуру колебаний атомов. Фото: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

Учёные установили температурный рекорд, опровергли давнюю теорию и применили новый метод лазерной спектроскопии для изучения плотной плазмы. Результаты исследования опубликованы 23 июля в журнале Nature.

В статье «Сверхнагрев золота за пределы предсказанного порога энтропийной катастрофы» физики сообщили, что смогли нагреть золото до 19 000 Кельвинов (33 740 градусов по Фаренгейту) — более чем в 14 раз выше температуры его плавления — без потери кристаллической структуры.

«Это, возможно, самый горячий кристаллический материал из когда-либо зарегистрированных», — заявил Томас Уайт, ведущий автор исследования и профессор физики Университета Невады в Рино.

Результат опровергает теорию «энтропийной катастрофы», согласно которой твёрдые тела не могут оставаться стабильными при температурах, превышающих их точку плавления более чем в три раза. В эксперименте золото (температура плавления — 1337 Кельвинов или 1947°F) нагрели с помощью мощного лазера в Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Стэнфордском университете.

«Я ожидал, что золото нагреется значительно, но не предполагал, что температура увеличится в 14 раз», — признался Уайт.

Для нагрева тонкой золотой фольги учёные использовали лазерный импульс длительностью 50 квадриллионных долей секунды. Скорость нагрева, по-видимому, и позволила золоту сохранить твёрдое состояние. Открытие предполагает, что пределы сверхнагрева могут быть гораздо выше или вообще отсутствовать при достаточно быстром нагреве.

Для измерения температуры внутри фольги исследователи использовали Linac Coherent Light Source — 3-километровый рентгеновский лазер в SLAC.

«Это позволило нам впервые измерить температуру внутри плотной плазмы, что раньше было невозможно», — пояснил Уайт.

Исследование, финансируемое Национальной администрацией по ядерной безопасности, открывает новые возможности в изучении сверхнагретых материалов, включая исследования в области планетарной физики и термоядерного синтеза.

«Этот метод совершит прорыв в нашем понимании и контроле условий плазмы, важных для термоядерного синтеза», — отметил соавтор исследования Боб Наглер из SLAC.

В июле команда Уайта продолжила эксперименты, измеряя температуру внутри горячего сжатого железа, чтобы лучше понять процессы в недрах планет.

Исследование стало результатом десятилетней работы учёных из Университета Невады, Оксфорда, Уорика, Европейского XFEL и других институтов.

«Невероятно вдохновляет участвовать в таких передовых исследованиях с мировыми экспертами», — поделился докторант Трэвис Гриффин, один из соавторов.

Источники: ScienceDaily, University of Nevada, Reno