Kuld talus temperatuuri, mida ta ei pidanud taluma.
Kuld jääb tahkeks isegi lühiajalise kuumutamise korral temperatuurini, mis ületab oluliselt varem eeldatud piire. See võib nõuda täielikku ümbermõtestamist selle kohta, kuidas aine käitub äärmuslikes tingimustes.
Rahvusvaheline teadlaste meeskond kasutas võimsaid ja ülilühikesi laserimpulsse, et kuumutada õhukesi kulla tükke üle niinimetatud „entroopia katastroofi“ piiri – punkti, kus tahke aine muutub liiga kuumaks, et sulamisele vastu panna, kirjutab Science Alert.
See on omamoodi „sulamistemperatuur” erijuhtudeks, kui tavaline füüsika enam ei kehti.
Niinimetatud üleküpsemise nähtuses võib tahke aine kuumeneda nii kiiresti, et aatomid ei jõua vedelasse olekusse üle minna. Kristallid võivad säilitada oma struktuuri isegi kaugelt väljaspool tavalist sulamistemperatuuri – kuigi väga lühikese aja jooksul.
Tavaliselt toimub entropia katastroof temperatuuril, mis on kolm korda kõrgem tavalisest sulamistemperatuurist. Kuid kasutades uut meetodit peegeldunud röntgenkiirte energia arvutamiseks, et täpselt mõõta neeldunud soojust, avastasid teadlased, et kuld võib kuumeneda 14 korda üle selle piiri, enne kui see muutub vedelaks.
Eelmise uuringu üksikasjad
Nii üllatav kui see ka ei kõla, ei riku uurimise tulemused termodünaamika seadusi – need näitavad vaid, et mõnikord toimuvad reaktsioonid liiga kiiresti, et termodünaamika seadused jõuaksid mõjuda. Tundub, et kulla aatomitel pole lühikese hetke jooksul lihtsalt kuhugi liikuda ja soojusenergia hajub enne, kui struktuur laguneb.
Teadlastel õnnestus saavutada temperatuur umbes 18 700 kraadi Celsiuse järgi, kusjuures kuld säilitas oma tahke struktuuri üle 2 pikosekundi (üks pikosekund on triljondik sekundist). Sellest piisas, et teadlased hakkasid kahtlema olemasolevates mudelites.
„See mõõtmine ületas mitte ainult varem ennustatud entropia katastroofi piirid, vaid viitab ka palju kõrgemale tahkete ainete ülekuumenemise lävele, muutes seega põhjalikult arusaama tahke faasi stabiilsusest äärmuslikes tingimustes,” kirjutavad teadlased oma artiklis.
Nende avastuste tagajärjed on põnevad: võib-olla ei ole mõnel tahkel ainel üldse kindlat sulamistemperatuuri, vähemalt ülikiire kuumutamise tingimustes.
Saadud tulemuste kasulikkus
Uued andmed osutuvad kasulikuks paljudes valdkondades – alates asteroidi kokkupõrgetest kosmoses kuni protsessideni Maa tuumareaktorites. Teadlased saavad nüüd paremini aru, mis toimub sellistes lühiajalistes, kuid äärmuslikes sündmustes.
Autorid kavatsevad tulevikus uurida, kas teised materjalid käituvad samamoodi kui kuld, ning uurida põhjalikumalt entropia katastroofi nähtust – sisuliselt joonistada ümber tahke oleku eksistentsi kaart.
„Võib-olla arvasime, et lahendasime selle küsimuse juba 1980. aastatel, kui kehtestati ülekuumenemise piir, aga nüüd arvan, et see on jälle avatud teema,” ütles Nevada ülikooli füüsik Thomas White.