Золото демонстрирует свою стабильность даже при внезапном нагреве до температур, которые значительно превышают ранее установленные границы. Это открытие требует пересмотра понимания поведения материи в условиях экстремального нагрева. Международная группа исследователей использовала мощные короткие лазерные импульсы для нагрева тонких слоев золота до так называемой "катастрофы энтропии", точки, где твёрдые вещества начинают плавиться из-за высокой температуры, как сообщает Science Alert.
Это можно рассматривать как уникальную "точку плавления", когда традиционные физические законы уже не действуют. В процессе, известном как сверхнагрев, твёрдые тела могут нагреваться столь стремительно, что атомы не успевают перейти в жидкое состояние. Таким образом, кристаллические структуры могут сохранять свою форму даже при температурах, значительно превышающих привычные значения плавления, хотя и на очень короткие мгновения.
Обычно катастрофа энтропии происходит при температурах, втрое превышающих стандартную точку плавления вещества. Однако, используя новый подход к измерению энергии отражённых рентгеновских лучей для точной оценки поглощённого тепла, учёные установили, что золото может быть нагрето до температур, в 14 раз превышающих этот предел, прежде чем оно начнёт плавиться.
Несмотря на удивительность этих результатов, они не противоречат законам термодинамики — они показывают, что в некоторых случаях реакции происходят слишком быстро, чтобы данные законы могли быть применены. Похоже, что на атомы золота во время нагрева просто нет достаточного времени для движения, и тепловая энергия рассекается незадолго до разрушения структуры.
Исследователи смогли достигнуть температуры около 18 700 градусов Цельсия, при этом золото сохраняло свою твёрдую форму более 2 пикосекунд (одна пикосекунда равна триллионной доле секунды). Эти результаты ставят под сомнение существующие научные модели.
"Это измерение не только превысило ранее предсказанные пределы катастрофы энтропии, но и указывает на значительно более высокий уровень сверхнагрева твёрдых тел, тем самым переформатируя основное понимание стабильности твёрдой фазы в условиях экстремальных температур", — поясняют учёные в своей статье.
Эти открытия открывают новые перспективы: возможно, у некоторых твёрдых веществ вообще нет фиксированной точки плавления, особенно в условиях сверхбыстрого нагрева. Новые данные могут быть полезны в ряде областей, включая астероидные столкновения в космосе и процессы в ядерных реакторах на Земле. Учёные смогут лучше понять, что происходит в таких кратковременных, но экстремальных ситуациях.
Авторы исследования планируют в будущем выяснить, как ведут себя другие материалы при нагреве, аналогично золоту, и глубже изучить катастрофу энтропии — по сути, переосмыслить существование твёрдого состояния.
"Возможно, мы считали, что разобрались с этой темой ещё в 1980-х годах с введением лимита сверхнагрева, но сейчас это снова открытый вопрос", — заявил физик Томас Уайт из Университета Невады.
