Vedci prepísali zákony termodynamiky - zlato, ktoré sa odmietlo roztaviť
Predstavte si kúsok zlata, ktorý žiari teplotou vyššou ako povrch mnohých hviezd, no napriek tomu sa odmieta roztaviť. Presne takýto zdanlivo nemožný jav sa podarilo pozorovať vedcom, ktorí posunuli hranice nášho chápania hmoty. Vo svojom experimente dosiahli, že pevné zlato zostalo v tuhom stave aj pri neuveriteľnej teplote 19 000 kelvinov. Táto teplota je viac ako štrnásťkrát vyššia, než je bežný bod topenia zlata, a predstavuje zásadný zlom v našom chápaní fyziky.
Zdroj Foto: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory
Hoci tento extrémny stav trval len nepatrný zlomok času, konkrétne niekoľko biliontín sekundy, jeho existencia spochybnila desaťročia staré teoretické predpoklady. Doteraz sa totiž verilo, že existuje tvrdý limit, približne trojnásobok teploty topenia, nad ktorý nemôže pevná látka absorbovať teplo bez toho, aby sa zmenila na kvapalinu. Za týmto prelomovým objavom stojí sofistikovaný experiment uskutočnený v Národnom urýchľovačovom laboratóriu SLAC v Kalifornii.
Vedci použili extrémne presne vyladený laser, ktorým ožiarili tenký film zlata s hrúbkou iba 50 nanometrov. Celý proces zahriatia prebehol za nepredstaviteľne krátkych 45 femtosekúnd, čo je kratší čas, ako potrebuje svetlo na prekonanie šírky ľudského vlasu. Aby mohli zmerať takto extrémnu teplotu, použili pulzy ultrajasných röntgenových lúčov z urýchľovača LCLS.
Pomocou metódy nazývanej nepružný röntgenový rozptyl sledovali, ako sa mení frekvencia rozptýlených fotónov v dôsledku Dopplerovho javu, čo im umožnilo presne určiť teplotu iónov. Kľúčom k úspechu bola rýchlosť ohrevu, ktorá dosahovala až biliardu stupňov za sekundu, a prekonala tak schopnosť atómov usporiadať sa do kvapalnej štruktúry. V podstate išlo o preteky s časom na atómovej úrovni.
Zdroj Foto: Nature 2025, White et al.
Topenie je fyzikálny proces, pri ktorom sa usporiadaná kryštalická mriežka pevnej látky musí rozpadnúť a prejsť do neusporiadaného stavu kvapaliny, čo si vyžaduje určitý čas. Energia však bola do zlata dodávaná tak rýchlo, že atómová mriežka jednoducho nemala šancu expandovať a začať proces topenia, hoci elektróny v materiáli už dosiahli obrovskú teplotu. Týmto experimentom sa podarilo obísť teoretický koncept známy ako „entropická katastrofa“.
Entropia je miera neusporiadanosti a kvapalina je prirodzene neusporiadanejšia ako pevná látka. Teória predpovedala, že ak by pevná látka absorbovala príliš veľa tepla, jej entropia by paradoxne prekročila entropiu kvapaliny, čo by malo okamžite spustiť topenie. Keďže sa však mriežka zlata nestihla rozpadnúť, jej entropia nikdy neprekročila prah kvapaliny a katastrofa bola odvrátená.
Tento objav má ďalekosiahle dôsledky, ktoré presahujú rámec základného výskumu. Poskytuje novú, priamu metódu na kalibráciu modelov takzvanej teplej hustej hmoty, exotického stavu, ktorý sa nachádza vo vnútri obrích planét alebo vzniká počas prvých okamihov fúznych reakcií.
Tieto poznatky sú kľúčové pre navrhovanie efektívnejších fúznych reaktorov, pretože umožňujú presne merať, aké horúce sa stávajú palivové terče pri implózii. Predbežné údaje navyše naznačujú, že podobné správanie by mohlo vykazovať aj striebro, čo otvára dvere k úplne novému chápaniu hmoty v extrémnych podmienkach.
Zdroj: zmescience.com.
Zdroj Foto: depositphotos.com.
Zobrazit Galériu
