В революционен експеримент учените свръхзагряха твърдо злато до невероятни температури и направиха пряко измерване на неговата атомна температура – нещо, с което изследователите се борят от десетилетия.

Резултатите не само счупиха научни рекорди, но и опровергаха 40-годишна теория за границите на това колко горещи могат да станат твърдите тела, преди да се разпаднат.

Изследването, публикувано в Nature, бе ръководено от екип от SLAC National Accelerator Laboratory в Калифорния, работещ с изследователи от университети по целия свят.

Тяхната работа се фокусираше върху странна форма на материя, известна като „топла плътна материя„, която съществува в екстремни среди като ядрата на планети, експлодиращи звезди и термоядрени реактори.

Тези условия могат да достигнат стотици хиляди градуса, но до сега никой не можеше точно да измери колко горещи стават отделните атоми в такива екстремни състояния.

Според учения от SLAC Боб Нейглър, това отдавна е проблем. Докато учените можеха да измерват налягане и плътност в тези материали, измерванията на температурата бяха предимно приблизителни оценки.

Този недостиг на точност забави напредъка в разбирането как се държат материалите в екстремни среди.

За да решат това, екипът прекара почти десетилетие в разработването на нов метод, който можеше директно да измерва температурите на атомите чрез проследяване на тяхната скорост.

Когато атомите се нагряват, те вибрират по-бързо. Използвайки мощен лазер, изследователите свръхзагряха тънък като хартия слой злато за трилионни части от секундата. След това прстреляха ултраярки рентгенови лъчи през златото.

Тези рентгенови лъчи се отразиха от вибриращите атоми, а малката промяна в тяхната честота разкри колко бързо се движат атомите – и следователно колко горещи са.

За тяхна изненада, златото достигна температура от около 19 000 келвина (почти 34 000 градуса по Фаренхайт) – повече от 14 пъти по-горещо от нормалната точка на топене на златото – без да се превърне в течност. Това предизвиква дългогодишна идея във физиката, наречена „ентропийна катастрофа„, която предсказваше, че отвъд определена температура твърдите тела бързо ще се срутят в хаос.

Том Уайт, физик от университета в Невада, Рено и съръководител на изследването, каза, че въпреки че златото е нагрято до невероятни температури, то остана твърдо, защото нагряването се случи толкова бързо. Този светкавичен процес не даде време на атомите да се разпръснат и стопят. Макар че може да звучи като нарушение на законите на физиката, всъщност се вписва в правилата – стига нещата да се случват достатъчно бързо.

Откритието отваря нови врати за изучаване на материята при екстремни условия. Изследователите на термоядрената енергия, например, биха могли да използват този метод, за да разберат как се държи термоядреното гориво, когато е компресирано и нагрято. Познаването на точната температура на атомите би могло да помогне за проектирането на по-добри реактори и горивни цели.

Екипът вече е използвал новия метод в други експеримени, включително такива, които симулират смазващите сили вътре в гигантски планети. С този инструмент учените вече могат да изследват температури от 1000 до 500 000 келвина с безпрецедентни подробности.

Както каза Нейглър: „Ако нашият първи експеримент с тази техника доведе до голямо предизвикателство пред установената наука, нямам търпение да видя какво ще последва.“