Zlato Zahvaljujući svojim kemijskim i fizičkim svojstvima, jedan je od najustraženijih i najcjenjenijih metala. Njegov otpor prema korozija i toplinska stabilnost Igrali su ključnu ulogu u područjima kao što su nakit i napredne tehnologije. Stoljećima se te osobine smatraju nepromijenjenim fizičkim karakteristikama. Međutim, nedavni zlatni eksperiment okrenuo je sve ideje iznutra.
Nedavni napredak u području ultra brzih grijanja i atomskih mjerenja omogućio je znanstvenicima da ispituju scenarije koji su prethodno bili nedostižni. Ovi su eksperimenti otvorili prostor za neizvjesnost o osnovnim pojmovima poput talište.
Zlatni eksperiment promijenio je pojmove fizičkih granica
Međunarodna skupina znanstvenika koristila je ultra -short pulsni laser za zagrijavanje fragmenata zlata debljine 50 nanometara. U normalnim uvjetima Ovaj se metal topi na 1064 stupnjeva Celzijusa.
Međutim, tijekom eksperimenta su postignute temperature Oko 18 700 stupnjeva Celzijadok se čvrsta struktura nije odmah raspala. Ovi su rezultati već objavljeni u časopisu Nature.
Ovaj se fenomen zove pregrijavanje ili pregrijavanje. Sastoji se ne samo u prelasku tališta, već i u činjenici da se javlja tako brzo da se atomi ne uspije prebaciti na tekuće stanje. U ovom slučaju, zlato je zadržalo svoju čvrstu strukturu više od dvije pikosekunde, što je na atomskoj skali znatno vrijeme.
Brzina grijanja premašila je 6 × 1020 Kelvin u sekundi, Što značajno premašuje sve prethodne pokušaje. Pri takvoj brzini toplina se akumulira prije nego što atomi trebaju reagirati, što sprječava toplinsko širenje i uništavanje kristalne mreže.
Ispitivanje teorije entropijske katastrofe
Iz 1988 je u materijalnoj fizici prepoznat po konceptu entropijske katastrofe koja to kaže Kruto tijelo ne može prijeći granicu jednaku tri puta veću temperaturu topljenja bez taljenja.
Ovaj model, koji su dizajnirali Fekt i Johnson, pretpostavlja da je, kad se postigne određena točka, nered u čvrstom tijelu ravno u tekućini, što onemogućuje stabilnost.
Rezultati zlatnog eksperimenta odbijaju ovu ideju. Prema podacima, metal je ostao čvrst na temperaturama koje su značajno prelazile predviđene teorije.
Ključ dešifriranja je činjenica da, kada izuzetno brzo zagrijava fiksnu entropiju tijela ne dosegne razinu entropije tekućine prije nego što se prijelaz završi. To će spriječiti termodinamički kolaps predviđene klasične teorije.
Kako se mjerila ekstremna temperatura?
Uspjeh eksperimenta ovisio je o mogućnosti mjerenja izvanrednih temperatura u izuzetno kratkim vremenskim intervalima.
Znanstvenici su u obrnutoj konfiguraciji koristili tehniku non -non -reys of ne -reys. Ova metoda omogućuje izravno promatranje raspodjele brzine iona, odražavajući način na koji atomska struktura vibrira pri dobivanju energije.
Svaki laserski impuls generirao je balističke elektrone koji su odmah prenijeli toplinu na toplinske elektrone i njih na ionima kristalnih mreža. Analiza spektralne ekspanzije X -trava uspjela je precizno odrediti postignutu temperaturu bez potrebe za oslanjanjem na neizravne modele.
Mjerenje je to potvrdilo Difrakcijski signal karakterističan za fiksno zlato trajao je do 19.000 Kelvina I nestao nakon dvije do tri pikosekunde. To je pokazalo da zlato ostaje čvrsto u temperaturnom rasponu, što se smatralo nemogućim u tradicionalnoj fizici.
Posljedice i moguće primjene ovog zlatnog eksperimenta sa zlatom
Autori studije pretpostavljaju da neki materijali možda nemaju fiksnu temperaturu taljenja u uvjetima izuzetno brzog grijanja. U ovom slučaju, uobičajena vrijednost bit će više zbog vremenskog raspona eksperimenta nego unutarnjih svojstava.
Ova opcija postavlja pitanja o ponašanju krutih tvari u ekstremnim uvjetima kao što su unutarnji dio planeta, utjecaj asteroida ili nuklearne eksplozije.
Razumijevanje ovih procesa može pružiti važne podatke za astrofiziku, fiziku plazme i razvoj novih trajnih materijala.
Ostaje da se utvrdi je li ovaj fenomen ekskluzivan za zlato ili se može ponoviti za druge elemente. Ako se potvrdi za ostale materijale, bit će potrebno preispitati trenutnu teorijsku osnovu stabilnosti krutih tvari.
Koje promjene za materijalne znanosti?
Zlatni eksperiment ne samo da odbija teorijsku granicu koja je valjana više od tri desetljeća, već također uvodi eksperimentalni pristup koji može preispitati temelje materijalna fizika.
Kad se toplina prenosi brže nego što tvar može reagirati, poznata pravila prestaju se primjenjivati.
Kombinacija ultra brzih lasera i visoke preciznosti x -ray izvora igrala je odlučujuću ulogu u ovom proboju. Poboljšanjem ovih tehnologija provest će se duži eksperimenti s većom kontrolom i širim rasponom materijala.
Trenutno ovo otkriće otvara novi način istraživanja stabilnosti krutih tvari i njihovog toplinskog otpora, područja koje u narednim desetljećima može promijeniti i teoriju i praksu materijalnog inženjerstva.
