Bob Nagler ve Thomas White liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, yakın zamanda atomların hızını doğrudan ölçerek - içindeki atomların sıcaklığını ölçmek için yeni bir yöntem gösterdi.
Malzemelerin tümü spesifik erime ve kaynama noktalarına sahiptir, ancak ani erime ve kaynama entropi "felaket" seviyesine ulaşana kadar üstlerinde aşırı ısıtılabilir.
Ekip, teorik sınırının 19.000 Kelvin'e göre çok fazla ısındığında, entropi felaketinden kurtuldu -, bu da yeterince hızlı ısıtılırsa aşırı ısıtılmış malzemeler için bir üst sınır olmayabilir.
Lazer Odak Dünyası: LCL'lerle altını süper ısıtmak kimin fikriydi? Ne ilham verdi?
Bob Nagler: Deneyi yapmaya başladığımızda, amacımız sıcak yoğun maddenin sıcaklığını ölçmek için yeni bir yöntem geliştirmekti. Bu konu katı kadar yoğun, ancak on veya yüz binlerce dereceye kadar ısıtılmıştır Kelvin. Dev gezegen çekirdeklerinde ve yıldız iç mekanlarında buluyorsunuz, ancak laboratuvarda yeniden yarattığımızda, aslında sıcaklığını ölçmek kötü bir şekilde zor.
Bu projeyi, dünyanın en parlak X - Ray kaynağı olan SLAC National Hızlandırıcı'nın Linac Tutarlı Işık Kaynağı'nı (LCLS) kullanarak bu zorluğu ele almak için başlattık.
Thomas White:Bunun yalnız bir - kurt parıltısı olduğunu söylemek isterim, ancak gerçekte, fikir uzun -} sahada ayakta duran hayal kırıklıklarından çıktı. Daha iyi bir teşhis ihtiyacımız olduğunu biliyorduk ve altın fikir testi malzemesini yaptı: X - ışınlarını iyi saçıyor ve bu teknik için gereken ince folyolara kolayca yapılabilir. Nevada Üniversitesi, Reno, SLAC ve diğer ortaklardaki ekibimiz, altının ışınlama altında ısınmasını bekliyordu, ancak öne çıkan şey, kristal yapısını korurken katının ne kadar sıcak kalmasıydı. Bu aşırı sıcaklıklarda bile, altın kafes yapısal düzen için beklenen sınırın ötesine geçti. Bu gözlem projemizin odağını değiştirdi. Daha iyi bir termometre inşa etmek için pratik bir çaba olarak başlayan şey, aşırı koşullar altında katı - durum maddesinin temel sınırları hakkında daha derin bir araştırmaya dönüştü.
LFW: Neden LCLS?
Beyaz:Geliştirdiğimiz yöntem, x - ışınlarının bir malzemede atomları nasıl dağıttığında küçük değişiklikleri tespit etmeye dayanır. Özellikle, küçük enerji kaymaları iyonların sıcaklığını ortaya çıkarır. Sadece olağanüstü parlak bir x - ışın kaynağı değil, aynı zamanda son derece dar bant genişliği de gerektirir. Free - LCL'ler gibi elektron lazerleri ve Avrupa XFEL gibi birkaç kişi bu kombinasyonu benzersiz bir şekilde sunabilir. Herhangi bir senkrotrondan bir milyar kat daha parlaklar, bu gereklidir, çünkü esnek olmayan saçılma, atış başına sadece birkaç foton sırasıyla inanılmaz derecede zayıftır -.
Nagler:LCLS aslında bir kilometre - uzun x -} ışın lazeridir, bu deney için de bir kilometre - uzun termometre olarak işlev görür. Bu parlaklık, tutarlılık ve spektral hassasiyet kombinasyonu olmadan, bu ölçüm mümkün olmazdı.
LFW: Deneyiniz ne içeriyordu?
Nagler: Bir ultra ince altın folyo - sadece 50 - nm kalınlığında - - iki katına çıkmış Ti: Safir lazer, 400} nm 45 fs civarında nabız kısımları ile 400} nm dalgalı ışıkla ısıttık. Ulaştığımız aşırı sıcaklıklara rağmen, lazerin kendisi yüksek enerjili yoğunluk standartlarına göre özellikle güçlü değildi. Nabız başına sadece ~ 0.3 MJ kullandık. Bu, deneyin ısıtma kısmının, süper ısıtılmış altın yaratılması, prensip olarak, dünyadaki birçok lazer laboratuvarı tarafından çoğaltılabilir.
Beyaz:Ama yarattığınız şeyin sıcaklığını ölçmek? Zor kısım. Bunun için, sadece LCL'ler ve diğer birkaç XFELS gibi tesislerin sağlayabileceği ultra, dar - bant genişliğine, femtoSecond X - ışınlarına ihtiyacınız vardır. Bu deneyi mümkün kılan şey bu.
LFW: Bu deneyin temel çıkarımları nelerdir? Herhangi bir sürpriz var mı?
Nagler:Biz ve alanımız için, ana paket, şimdi -}}}} -}}}}}}}}}}} {-}}}}}}}}}}}}}}}}} Teknik, durum denklemlerinin kıyaslanması, hidrodinamik simülasyonların doğrulanması ve daha önce deneysel olarak ulaşılamayan rejimler içinde maddeyi keşfetmenin kapısını açar.
Beyaz:Asıl sürpriz, düzensizliğe vermeden önce bir katı itebileceğimizi gördüğümüzde geldi. Belli bir eşiği geçtikten sonra altının erimesini bekledik - ama olmadı. Kristal kafes, erime noktasının 14x'den fazla sıcaklıklarda bir arada tutulmuştur - Standart termodinamiğin tahmin edeceğinin çok ötesinde. Bu 'aha!' İdi. Moment: Sadece sıcaklığı almakla kalmıyor, aynı zamanda sistemin kendisi de beklentilere meydan okudu. Bunu yaparken, kendimizi sadece bir teşhis zorluğunu çözmekle kalmayıp, aynı zamanda yeni fiziği ortaya çıkardığını, aşırı ısıtmanın sınırlarını zorladığını ve katıların aşırı koşullar altında ne zaman ve nasıl eridiğiyle ilgili varsayımları yeniden gözden geçirdiğini gördük.
LFW: Onlarca yıl - eski teoriyi çürütmek nasıl bir duygu?
Beyaz:Süper ısıtma fiziğine eğlenceli ve büyüleyici bir derin dalıştı, bir katının parçalanmadan önce ne kadar itilebileceğini keşfediyor ve - yerleşik kavramların ultraFast, dengesiz rejimlere uygulandığında dikkatli bir şekilde yeniden düşünmeye ihtiyaç duyduğunu fark ediyor.
Nagler:Teorinin - dengeden ısıtılmış durumlardan uzak - için geçerli olmadığını gösterdiği için onlarca yıl - eski teoriyi çürütmekle ilgili değildi. Orijinal çerçeve, termal dengede bir sistem üstlenir, bir femtosaniye lazer darbesi tarafından patlatılan bir erime noktasına yavaşça yaklaşır. Mevcut teoriyi devirmek yerine, bu daha çok alanının dışına çıkmak gibiydi.
LFW: Bu keşif aşırı ısıtma için ne anlama geliyor?
Nagler:Bu dengesiz durumlardaki aşırı ısıtılmış maddenin -} -} fabrikasının - denge sistemlerinin yakınında - değirmeninin daha fazla çalıştırılmasını beklediğinizden oldukça farklı davranabileceğini ve bu farklılıkları daha ayrıntılı olarak keşfetmek ilginç olacağını gösterir.
Beyaz:Nihayetinde, - denge sistemlerinden yoğun bir şekilde, uzak - 'da süper ısıtmanın gerçek bir sınır olup olmadığı sorusunu yeniden açar veya katıların geleneksel termodinamiğin öngördüğünün çok ötesinde devam edip edemeyeceği sorusunu yeniden açar.
