Tim istraživača koji je vodio Bob Nagler i Thomas White nedavno su pokazali novu metodu za mjerenje temperature atoma unutar tople guste materije - izravno mjerenjem atoma.
Svi materijali posjeduju određene talište i ključanja, ali mogu se prevladati iznad njih dok ne dosegnu entropiju "katastrofa" nivo naglih topljenja i ključanja.
Kada je tim pregrijao čvrsto zlato daleko izvan njenog teorijskog ograničenja na 19.000 Kelvina, preživela je entropijsku katastrofu - koja sugerira da možda ne postoji gornja granica za pregrijanu materijale ako se dovoljno brzo zagrijavaju.
Laserski fokus svijet: Čija je ideja bila da superzvuče zlato sa LCL-ima? Šta je inspiriralo?
Bob Nagler: Kada smo krenuli da bismo izvršili eksperiment, naš cilj je bio razviti novu metodu za mjerenje temperature tople guste materije. Ova stvar je gusta kao čvrsta, ali zagrijana na desetine ili stotine hiljada stepena Kelvina. Pronaći ćete ga u džinovskim planetnim jezgrama i zvjezdanim interijerima, ali kad je rekreiramo u laboratoriju, zapravo mjereći njenu temperaturu neprihvatljivo je teško.
Pokrenuli smo ovaj projekt da bismo riješili ovaj izazov, koristeći najsjajniji na svijetu X {- Ray Source, Linac Cherentan izvor svjetlosti Slac (LCL), za pomoć.
Thomas White:Volio bih reći da je to bio usamljen - Wolf bljesak sjajnog sjaja, ali u istinu, ideja je izašla iz dugog - stojećih frustracija širom terena. Znali smo da nam treba bolja dijagnostika, a zlato je učinilo ideju test materijala: otvara x - zrake dobro i može se lako napraviti u tanke folije potrebne za ovu tehniku. Naš tim na Univerzitetu Nevada, Reno, Slac, i drugi partneri očekivali su da se zlato zagrijava pod ozračivanjem, ali ono što je istaknulo koliko je puna solidna čvrstoća. Čak i na ovim ekstremnim temperaturama, zlatna rešetka u nastali su izvan očekivanog ograničenja za strukturni poredak. Ovo zapažanje pomaknulo je fokus našeg projekta. Ono što je počelo kao praktični napor za izgradnju boljeg termometra razvio se u dublje istragu prevlada i temeljnih granica čvrstog - u ekstremnim uvjetima.
Lfw: Zašto lcls?
Bijelo:Metoda koju smo razvili oslanja se na otkrivanje sitnih promjena u tome kako x - zrake rasuti atome u materijalu. Konkretno, male promjene energije otkrivaju temperaturu jona. Ne zahtijeva ne samo izuzetno svijetli izvor X - zraka, već i izuzetno uska propusnost. Besplatno - elektronski laseri poput LCL-a, a još nekoliko drugih kao što je evropski XFel, jedinstveno su sposobni isporučiti ovu kombinaciju. Oni su do milijarde puta svjetliji od bilo kojeg sinhrotrona, što je bitno jer je neelastično rasipanje nevjerojatno slabo - po redoslijedu samo nekoliko fotona po šutiranju.
Nagler:LCL je u osnovi kilometar - dugačak x - Ray Laser koji, za ovaj eksperiment, djeluje i kao kilometar - dugi termometar. Bez ove kombinacije svjetline, koherentnosti i spektralne preciznosti, ovo mjerenje jednostavno ne bi bilo moguće.
Lfw: Šta je uključivao vaš eksperiment?
Nagler: Grijali smo ultrachin zlatnu foliju - samo 50 - koristeći frekvenciju - udvostručuje se ... safir laserom, dajući nam 400 - svjetlost talasne dužine sa pulsom trajanja oko 45 fs. Uprkos ekstremnim temperaturama koje smo postigli, sam laser nije bio posebno moćan po visokoenergetskim standardima gustoće. Koristili smo samo oko ~ 0.3 MJ po pulsu. To znači da je tog dijela eksperimenta, stvaranje pregrijanog zlata, u principu bi moglo reproducirati mnoge laserske laboratorije širom svijeta.
Bijelo:Ali mjerenje temperature onoga što stvarate? To je težak dio. Za to vam je potrebna ultraright, uska - širina pojasa, femtosekund x {- zrake koji mogu pružiti samo objekti poput LCL-a i nekoliko drugih Xfels-a. To je omogućilo ovaj eksperiment.
Lfw: Koje su ključne zalaženje ovog eksperimenta? Imate li iznenađenja?
Nagler:Za nas i naše polje je da sada imamo direktan, model - slobodne metode za mjerenje temperature jona u ekstremnim stanjima materije - koji je bio dugo - u energiji. Tehnika otvara vrata za uspoređivanje jednadžbi države, potvrđujući hidrodinamičke simulacije i istraživanje materije u režimima koji su prethodno bili izvan dohvata eksperimentalno.
Bijelo:Pravo iznenađenje dolazi kad smo vidjeli koliko smo daleko mogli gurnuti solidno prije nego što je dao poremećaj. Očekivali smo da se zlato topi nakon što je prešao određeni prag - ali nije. Kristalna rešetka držala se zajedno na temperaturama više od 14x talište -, nadimak koji bi se predvidio standardna termodinamika. Ovo je bio 'aha!' Trenutak: ne samo da bismo mogli da preuzmemo temperaturu, već je sam sustav prkosio očekivanja. Pri tome smo se našli ne samo rješavati dijagnostički izazov, već i otkrivanje novih fizika, gurajući granice prevladavanja i revizijskim pretpostavkama o tome kada se topli uvjetima otopine u ekstremnim uvjetima.
Lfw: Šta je osećalo da opovrgne decenije - staroj teoriji?
Bijelo:Bilo je zabavno i fascinantno duboko zaroniti u fiziku prevladavanja, istražujući koliko se čvrsto može gurnuti prije nego što se pokvari i shvati da {- uspostavljeni pojmovi trebaju pažljivo preispitivanje kada se primjenjuje na ultra.
Nagler:Nije bilo toliko o tome što se rasprostranjene decenije - stara teorija kao što je pokazala da teorija ne mora nužno primijeniti na daleko - iz ravnoteže. Izvorni okvir pretpostavlja sistem u termičkoj ravnoteži, polako se približava talištem, a ne jedna eksplodirana femtosekundi laserskim pulsom. Umjesto prevrtanja postojeće teorije, to je više bilo poput koračanja izvan svoje domene.
Lfw: Šta ovo otkriće znači za prevladavanje?
Nagler:Pokazuje da se pregrijava materija u ovim nesigurnim državama mogu se ponašati sasvim drugačije nego što biste očekivali za više trčanja - od - ravnoteže u blizini - ravnoteže i bilo bi zanimljivo istražiti ove razlike detaljnije istražiti ove razlike.
Bijelo:U konačnici, ponovno otvara pitanje postoji li istinsko ograničenje da se prevlada u intenzivno vođenom, daleko - iz ravnotežnih sustava, ili da li se čvrste tvari mogu nastrajati na izvanredu izvan onoga što predviđa tradicionalna termodinamika.
