Ilmuwan memanaskan emas hingga 14 kali titik lelehnya – tanpa mengubahnya menjadi cairan
Para ilmuwan telah menggunakan laser intensitas tinggi ultrafast untuk super panas emas hingga 14 kali titik lelehnya tanpa mengubah logam padat menjadi cairan.
Eksperimen pemecah rekor, yang dijelaskan dalam sebuah penelitian yang diterbitkan 23 Juli di Jurnal Alammenghancurkan teori yang sudah berumur beberapa dekade tentang stabilitas padatan dan merupakan metode yang dapat diandalkan pertama untuk mengukur suhu sistem yang sangat panas secara tepat, kata para peneliti.
Keadaan materi yang tidak biasa, seperti plasma yang mengelilingi matahari atau inti planet bertekanan tinggi, dapat mencapai suhu yang luar biasa dari jutaan derajat Fahrenheit. Namun, sebenarnya menempatkan sosok pada apa yang disebut “materi padat hangat” ini telah terbukti menantang, karena para ilmuwan telah berjuang untuk mengukur materi panas yang berumur pendek cukup cepat untuk mendapatkan hasil yang dapat diandalkan.
“Kami memiliki teknik yang baik untuk mengukur kepadatan dan tekanan sistem ini, tetapi bukan suhu,” kata penulis co-lead penulis Bob Nailsseorang ilmuwan di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC Departemen Energi, mengatakan dalam a penyataan. “Dalam studi ini, suhu selalu diperkirakan dengan bar kesalahan besar, yang benar-benar memegang model teoritis kami-ini adalah masalah selama beberapa dekade.”
Oleh karena itu, kecepatan adalah kunci untuk melakukan pengukuran yang berhasil. Untuk mencapai hal ini, tim menggunakan pulsa laser x-ray 45-femtosecond (45 dari satu detik) untuk dengan cepat memanaskan film emas tipis. Ketika radiasi melewati film kristal, atom -atom bergetar pada frekuensi yang secara langsung terkait dengan meningkatnya suhu. Nadi kedua yang ditembakkan pada sampel panas kemudian tersebar dari atom -atom yang bergetar ini, dan pergeseran frekuensi balok yang dibelokkan ini memberikan pengukuran kuantitatif kecepatan atom dan karenanya suhu.
Namun, para peneliti menyadari bahwa mereka telah mencapai lebih dari sekadar teknik pengukuran baru. “Kami terkejut menemukan suhu yang jauh lebih tinggi dalam padatan super panas ini daripada yang kami harapkan, yang menyangkal teori lama dari tahun 1980-an,” kata penulis co-lead studi Thomas Whiteseorang profesor fisika di Universitas Nevada, kata Reno dalam pernyataan itu.
Sampel emas padat mencapai 19.000 Kelvins yang mengejutkan (33.700 derajat Fahrenheit, atau 18.700 derajat Celcius) – 14 kali titik peleburan standar elemen 1.337 Kelvin (1.947 F, atau 1.064 C). “Ini mungkin bahan kristal terpanas yang pernah direkam,” tambah White di yang lain penyataan. “Saya mengharapkan emas akan memanaskan secara signifikan sebelum meleleh, tetapi saya tidak mengharapkan kenaikan suhu empat belas kali lipat!”
Biasanya, padatan dan cairan memiliki suhu yang ditentukan di mana mereka berubah dari satu keadaan ke negara lain. Tetapi dalam kondisi tertentu, bahan dapat dipanaskan di luar batas ini tanpa mengubah keadaan – sebuah fenomena yang dikenal sebagai pemanas super. Efek ini kadang -kadang terlihat dalam air yang dipanaskan dalam microwave. Jika wadahnya halus, tidak ada penyimpangan di sekitar gelembung yang dapat terbentuk sehingga air cair memotong 212 F (100 C) tanpa mendidih. Namun, gangguan sekecil apa pun dapat memicu “bencana,” dan air secara eksplosif mendidih karena keadaan metastabil ini rusak.
Pada 1980 -an, fisikawan menghitung batas efek superheating ini untuk padatan sebagai tiga kali titik leleh, yang mereka dijuluki “bencana entropi.” Di atas titik ini, padatan secara teoritis akan memiliki entropi yang lebih besar, atau gangguan, daripada bentuk cairnya, mematahkan Hukum Termodinamika Kedua. Karena undang -undang ini menyatakan bahwa entropi harus selalu meningkat, gagasan bahwa partikel padatan yang diatur dengan rapi bisa lebih tidak teratur daripada distribusi acak partikel dalam cairan adalah kontradiksi yang mustahil.
Jadi bagaimana sampel emas tetap solid pada 14 kali titik lelehnya? Tim menyarankan agar kecepatan semata -mata di mana mereka memanaskan emas mencegah struktur kristal dari mengembang selama skala waktu percobaan.
“Penting untuk mengklarifikasi bahwa kami tidak melanggar hukum termodinamika kedua,” kata White. “Apa yang kami tunjukkan adalah bahwa bencana ini dapat dihindari jika bahan dipanaskan dengan sangat cepat – dalam kasus kami, dalam triliun detik.”
