WebTech Rodos: Μια ανακάλυψη που αλλάζει όσα γνωρίζαμε για δεκαετίες στον τομέα της θερμοδυναμικής και των υπερθερμαινόμενων υλικών έρχεται από το SLAC National Accelerator Laboratory των ΗΠΑ. Ερευνητές από το πρόγραμμα Matter in Extreme Conditions (MEC) ανακοίνωσαν πως κατάφεραν, για πρώτη φορά, να μετρήσουν άμεσα τη θερμοκρασία ατόμων σε καταστάσεις ακραίας θερμότητας, ανατρέποντας θεωρίες που ίσχυαν από τη δεκαετία του ’80. Το πρόβλημα της θερμομέτρησης υλικών σε τόσο ακραίες συνθήκες, όπως στο εσωτερικό άστρων, πλανητικών πυρήνων ή αντιδραστήρων σύντηξης, αποτελούσε εδώ και χρόνια ένα άλυτο επιστημονικό ζήτημα. Αν και υπάρχουν αξιόπιστες μέθοδοι για τον προσδιορισμό πίεσης και πυκνότητας σε τέτοια περιβάλλοντα, η θερμοκρασία παρέμενε εν πολλοίς εκτιμώμενη, με μεγάλα περιθώρια σφάλματος που εμπόδιζαν την εξέλιξη θεωρητικών μοντέλων.
Η ανατροπή ήρθε από μια πολυεθνική ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής τους Bob Nagler από το SLAC και τον Tom White από το University of Nevada, Reno. Συνεργάστηκαν επίσης ερευνητές από τα Queen. University Belfast, European XFEL, Columbia University, Princeton University, University of Oxford, UC Merced και University of Warwick. Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια πρωτοποριακή μέθοδο άμεσης μέτρησης της θερμοκρασίας, μετρώντας την ταχύτητα των ατόμων σε ένα δείγμα που έχει υποστεί υπερθέρμανση. Στην πρώτη τους εφαρμογή, χρησιμοποίησαν laser για να υπερθερμάνουν ένα λεπτό στρώμα χρυσού και στη συνέχεια το διέτρεξαν με μια δέσμη υπέρλαμπρων ακτίνων Χ από τον επιταχυντή Linac Coherent Light Source (LCLS). Οι ακτίνες Χ διασκορπίστηκαν από τα δονούμενα άτομα και παρουσίασαν μικρές μετατοπίσεις στη συχνότητά τους, αποκαλύπτοντας την ταχύτητα και κατ’ επέκταση τη θερμοκρασία των ατόμων στο δείγμα. Όπως εξήγησε ο Siegfried Glenzer, διευθυντής του τμήματος High Energy Density Science στο SLAC, η νέα αυτή τεχνική φέρνει το LCLS στην αιχμή της έρευνας πάνω στην ύλη υπό ακραίες συνθήκες. Επιπλέον, ενισχύει τις προσπάθειες στον τομέα της πυρηνικής σύντηξης, επιτρέποντας πλέον πιο ακριβή σχεδιασμό πειραμάτων και ενεργειακών εφαρμογών. Αυτό που εξέπληξε ακόμη περισσότερο την ερευνητική ομάδα ήταν ότι το δείγμα χρυσού υπερθερμάνθηκε σε θερμοκρασίες πολύ υψηλότερες από τα θεωρητικά όρια. Συγκεκριμένα, έφτασε τους 19.000 βαθμούς Κέλβιν (περίπου 14 φορές πάνω από το σημείο τήξης του χρυσού) χωρίς να λιώσει. Η παρατήρηση αυτή αντέκρουσε τη θεωρία της «εντροπικής καταστροφής», που είχε θεσπιστεί από τη δεκαετία του 1980 ως το θεωρητικό όριο πέρα από το οποίο τα στερεά υλικά δεν μπορούν να διατηρήσουν την κρυσταλλική τους δομή. Ο White εξήγησε ότι, αν και δεν παραβιάστηκε κάποιος θεμελιώδης φυσικός νόμος όπως ο Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής, το πείραμα απέδειξε ότι η ταχύτατη θέρμανση σε χρονική κλίμακα τρισεκατομμυριοστών του δευτερολέπτου μπορεί να επιτρέψει σε ένα υλικό να υπερβεί τα αναμενόμενα όρια χωρίς να καταρρεύσει η μορφή του. Το φαινόμενο της «υπερθέρμανσης χωρίς φάση μετάβασης» ήταν γνωστό από οικιακές εφαρμογές, όπως όταν το νερό σε φούρνο μικροκυμάτων ξεπερνά τους 100°C χωρίς να βράζει. Όμως, η νέα αυτή μελέτη απέδειξε ότι το ίδιο ισχύει ακόμη και για μέταλλα, υπό πολύ πιο ακραίες συνθήκες. Ο Nagler δήλωσε ότι αυτή η τεχνική ανοίγει τον δρόμο για μια σειρά νέων ερευνών. Ήδη, η ομάδα εφάρμοσε τη μέθοδο για να μετρήσει θερμοκρασίες υλικών που έχουν υποστεί συμπίεση με κρούση, προσομοιώνοντας συνθήκες στα βάθη πλανητικών σωμάτων. Επιπλέον, αναμένεται να αξιοποιηθεί εκτενώς στην έρευνα για την αδρανειακή σύντηξη, όπου τα υλικά-στόχοι φτάνουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πυκνότητες. Η δυνατότητα άμεσης θερμομέτρησης σε εύρος 1.000 έως 500.000 Κέλβιν παρέχει πλέον στους επιστήμονες ένα εργαλείο ακριβείας για να μελετήσουν τη συμπεριφορά της ύλης σε καταστάσεις που μέχρι πρόσφατα παρέμεναν αχαρτογράφητες. [via]
πηγή: techblog.gr
