U eksperimentu kakav fizika dosad nije poznavala, znanstvenici su uspjeli ekstremno brzo zagrijati tanki sloj zlata na više od 18.700 stupnjeva Celzija (oko 19.000 Kelvina). Umjesto da se trenutačno rastopi, zlato je nakratko ostalo u čvrstom stanju. Otkriće dovodi u pitanje dosadašnje shvaćanje granica taljenja i stabilnosti materijala pri ekstremnim temperaturama.
Čvrstoća gdje je ne bi smjelo biti
Zlato ima poznatu točku taljenja od 1.064 stupnja Celzija. No kad se zagrijava iznimno brzo — milijunima stupnjeva u djeliću sekunde — njegovi atomi ne stignu promijeniti raspored i prijeći u tekuće stanje. Taj kratki efekt naziva se pregrijavanje.
Međunarodni tim fizičara upotrijebio je ultrakratke laserske pulseve da zagrije mikroskopski sloj zlata daleko iznad poznatih granica stabilnosti. Očekivalo se da će se metal odmah rastopiti. Umjesto toga, ostao je čvrst tijekom više od dvije pikosekunde — što je bilijunti dio sekunde — i to pri temperaturi koja višestruko premašuje ono što se do sada smatralo mogućim.
Novi način mjerenja pomaknuo granice
Tajna uspjeha leži u inovativnoj metodi. Umjesto da samo mjere temperaturu laserskog pulsa, znanstvenici su pratili energiju reflektiranih rendgenskih zraka, kako bi precizno izračunali koliko je toplinske energije materijal apsorbirao.
Rezultat? Zlato je preživjelo čak 14 puta višu temperaturu od onoga što su modeli predviđali kao krajnju granicu stabilnosti krutog stanja. I to bez trenutnog taljenja.
Autori ističu da njihov eksperiment ne krši zakone termodinamike. Umjesto toga, pokazuje da reakcije mogu biti toliko brze da zakoni, iako vrijede, jednostavno nemaju vremena u potpunosti se primijeniti.
Pri tako ekstremnim uvjetima, kristalna rešetka zlata privremeno ostaje stabilna jer atomi nemaju gdje “pobjeći”. U tom mikro-trenutku toplinska energija ne stiže razoriti strukturu.
Primjena u svemiru, reaktorima i materijalnoj znanosti
Ovakvi uvjeti nisu ograničeni na laboratorije. Brzi toplinski impulsi događaju se u sudarima asteroida, u nuklearnim reaktorima, pa i u visokotehnološkoj proizvodnji materijala.
Novo razumijevanje ponašanja materijala u tim trenucima može pomoći u dizajnu otpornijih materijala, ali i u boljoj interpretaciji kozmičkih pojava. Znanstvenici sada žele testirati kako se drugi metali i spojevi ponašaju pri sličnim uvjetima, i gdje točno leži granica između krutog i tekućeg stanja.
“Možda smo mislili da smo u 80-ima zatvorili to pitanje definirajući granicu pregrijavanja,” rekao je Thomas White sa Sveučilišta Nevada za New Scientist. “Ali čini se da je sve opet otvoreno. Pitanje sada glasi, koliko se daleko može ići prije nego što se materijal neizbježno slomi?”
Ivan je novinar, bloger i autor s više od 15 godina iskustva u digitalnim medijima. Piše o širokom spektru tema, uključujući svemir, astronomiju, znanost, povijest i arheologiju. Objavljuje kao gostujući autor u Večernjem listu, a kao stručni sugovornik gostovao je u emisijama na kanalima Science Discovery i History Channel. Osnivač je portala Kozmos.hr, prvog hrvatskog online magazina posvećenog popularizaciji znanosti i svemira.
