Aurul, metalul prețios cunoscut pentru stabilitatea sa, a demonstrat un comportament care sfidează așteptările: poate rămâne solid chiar și atunci când este încălzit la temperaturi de zeci de mii de grade, mult peste punctul său teoretic de topire. O nouă cercetare ar putea rescrie complet modul în care înțelegem comportamentul materiei în condiții extreme.
Folosind impulsuri laser ultra-scurte și intense, o echipă internațională de oameni de știință a împins fragmente subțiri de aur peste o limită cunoscută drept „catastrofa entropiei” – un fel de punct de topire absolut, punctul în care un solid devine atât de fierbinte încât structura sa cristalină ar trebui să cedeze instantaneu.
Supraîncălzirea aurului: o provocare pentru fizică
Fenomenul, numit supraîncălzire, apare atunci când un solid este încălzit atât de repede, încât atomii săi nu au timp să treacă în starea lichidă. Deși cristalele pot rămâne intacte peste punctul lor standard de topire, se credea că există o limită absolută. Folosind o nouă metodă de calcul, echipa a descoperit că aurul poate fi încălzit de 14 ori peste această limită teoretică înainte de a se topi.
Rezultatele sunt uimitoare: aurul a atins 19.000 de Kelvini (aproximativ 18.700 de grade Celsius) și și-a păstrat structura solidă pentru mai mult de 2 picosecunde – o picosecundă fiind o trilionime de secundă. Deși pare o durată infimă, este suficient de lungă pentru a-i determina pe fizicieni să reconsidere modelele existente.
Oricât de surprinzător ar părea, observațiile nu încalcă nicio lege a termodinamicii. Acestea sugerează că, uneori, reacțiile se produc prea repede pentru ca aceste legi să se aplice în modul convențional. Se pare că atomii din interiorul aurului nu au, pentru scurt timp, unde să se miște, permițând energiei termice să se disipeze înainte ca structura să cedeze.
„Această măsurătoare nu numai că depășește limitele prevăzute anterior ale catastrofei entropice, dar sugerează și un prag mult mai ridicat pentru supraîncălzirea solidelor, rescriind astfel înțelegerea fundamentală a stabilității fazei solide în condiții extreme”, scriu cercetătorii în articolul lor, publicat în prestigioasa revistă Nature.
Ce înseamnă un aur care refuză topirea?
Implicațiile sunt profunde. Este posibil ca unele solide să nu aibă, de fapt, un punct de topire, cel puțin atunci când sunt supraîncălzite pentru perioade ultra-scurte. Aceste noi cunoștințe vor fi utile în domenii diverse, de la analiza coliziunilor de asteroizi în spațiu, până la înțelegerea proceselor din reactoarele nucleare.
Cercetătorii intenționează să investigheze dacă și alte materiale reacționează similar și să exploreze mai adânc misterul catastrofei entropice.
„Poate că am crezut că am rezolvat problema în anii 1980 cu această limită de supraîncălzire, dar acum cred că este din nou o întrebare deschisă”, a declarat fizicianul Thomas White, de la Universitatea din Nevada, pentru New Scientist. Întrebarea „Cât de tare poți încălzi ceva înainte să se topească?” a primit un răspuns neașteptat.
