Золото демонструє неймовірну стійкість, витримуючи екстремальні температури, що значно перевищують попередні теоретичні межі. Це відкриття ставить під сумнів наше розуміння поведінки матерії в найжорсткіших умовах.

Міжнародна група науковців за допомогою потужних, надкоротких лазерних імпульсів нагрівала тонкі зразки золота, долаючи так звану «катастрофу ентропії» – критичну точку, за якої тверде тіло має розплавитися. Це явище, відоме як перегрів, дозволяє твердим речовинам зберігати свою структуру навіть за температур, що значно перевищують їхню стандартну точку плавлення, хоча й на дуже короткий проміжок часу.

Зазвичай, катастрофа ентропії настає при температурі, що втричі вища за звичайну точку плавлення. Проте, використовуючи новий метод аналізу енергії відбитих рентгенівських променів, вчені встановили, що золото може витримати нагрівання до температури, яка в 14 разів перевищує цю межу, перш ніж перейти в рідкий стан. Це відкриття, опубліковане в Nature, ставить нові запитання про межі стабільності твердих тіл.

Деталі минулого дослідження

Результати дослідження не суперечать законам термодинаміки, а радше демонструють, що певні процеси відбуваються настільки швидко, що закони термодинаміки ще не встигають вступити в дію. Атоми золота, за даних умов, не мають часу для зміни стану, а теплова енергія розсіюється до руйнування структури.

Науковцям вдалося досягти температури близько 18 700 градусів за Цельсієм, при цьому золото зберігало свою тверду структуру протягом понад 2 пікосекунд. Цей експеримент поставив під сумнів існуючі моделі поведінки матерії.

«Цей вимір не тільки перевищив раніше передбачені межі катастрофи ентропії, але й вказує на набагато вищий поріг перегріву твердих тіл, тим самим переписуючи фундаментальне розуміння стабільності твердої фази за екстремальних умов», – зазначають дослідники у своїй статті.

Це може означати, що деякі тверді тіла взагалі не мають чітко визначеної точки плавлення, особливо в умовах надшвидкого нагрівання.

У чому користь отриманих результатів

Нові дані мають значний потенціал для різних галузей, від вивчення зіткнень астероїдів до процесів, що відбуваються в ядерних реакторах. Це дозволить краще розуміти динаміку подій, що характеризуються коротким часом дії та екстремальними умовами.

Автори планують продовжити дослідження, вивчаючи, чи подібна поведінка спостерігається в інших матеріалах, та поглиблюючи розуміння явища катастрофи ентропії.

«Можливо, ми вважали, що вирішили це питання ще у 1980-х роках із введенням межі перегріву, але тепер, я думаю, це знову відкрита тема», – зазначив фізик Томас Вайт з Університету Невади.

Інші цікаві наукові новини

Раніше повідомлялося, що ядерна зима може бути ще більш руйнівною, ніж прогнозувалося, а в найгіршому сценарії ядерна зброя суттєво вплине на атмосферу, призводячи до значного скорочення виробництва кукурудзи.

Також дослідження показують, що падіння температури може тривати понад десять років.

Крім того, були представлені парадоксальні відкриття щодо поведінки жуків у найстарішій пустелі світу.

За екстремальних температур, самцям пустельного жука доводиться шукати способи зменшити поглинання тепла від сонця.