El oro permanece perfectamente sólido cuando se calienta brevemente más allá de los límites previamente hipotéticos, informa un nuevo estudio, lo que puede significar una reevaluación completa de cómo la materia se comporta en condiciones extremas.
El equipo internacional de científicos detrás del estudio utilizó explosiones láser intensas y súper cortas para empujar fragmentos delgados de oro más allá de un límite conocido como el catástrofe de entropía; El punto en el que un sólido se vuelve demasiado caliente para resistir la fusión. Es como un punto de fusión, pero para los casos de borde en los que la física no es convencional.
En un fenómeno llamado sobrecalentamientoun sólido se puede calentar demasiado rápido para que sus átomos tengan tiempo en un estado líquido. Los cristales pueden permanecer intactos más allá de su punto de fusión estándar, aunque durante una cantidad de tiempo muy, muy breve.
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Por lo general, se cree que la catástrofe de entropía es tres veces el punto de fusión estándar. Utilizando un nuevo método para calcular la energía de las radiografías reflejadas para medir con precisión la energía térmica absorbida, el equipo encontró que el oro podía calentarse 14 veces ese límite antes de que finalmente licuara.
Por sorprendente que parezca, los resultados no rompen ningún Leyes de la termodinámica – Solo muestran que a veces las reacciones ocurren demasiado rápido para las leyes de termodinámica para aplicar. Parece que los átomos dentro del oro no tienen a dónde moverse durante un breve período de tiempo, lo que permite que la energía térmica se disipe antes de que la estructura pueda ceder.
Los investigadores pudieron alcanzar los 19,000 Kelvin (que son alrededor de 18,700 grados Celsius o poco más de 33,700 grados Fahrenheit), con el oro retener su estructura sólida para más de 2 picosegundos (un picosegundo es un billonésimo de segundo), lo suficiente como para impulsar a los investigadores a reconsiderar modelos existentes.
“Esta medición no solo supera los límites previamente predichos de la catástrofe de entropía, sino que también sugiere un umbral mucho más alto para el sobrecalentamiento de sólidos, reescribiendo así la comprensión fundamental de la estabilidad de la fase sólida en condiciones extremas”. escribir Los investigadores en su artículo publicado.
Las implicaciones aquí son intrigantes y emocionantes para los físicos: es posible que algunos sólidos no tengan un punto de fusión En absoluto, al menos cuando se sobrecalienta por períodos de tiempo ultra cortos.
“Nuestros experimentos demuestran claramente que el límite de sobrecalentamiento propuesto previamente se puede superar si el material se calienta lo suficientemente rápido”, escribir los investigadores.
Hay todo tipo de áreas en las que este nuevo conocimiento será útil. Los eventos de calefacción súper cicatrizos ocurren en todas partes desde colisiones de asteroides En lo profundo del espacio, a los reactores nucleares aquí en la Tierra, y los científicos ahora tendrán una mejor comprensión de lo que está sucediendo dentro de estos eventos.
Los investigadores quieren ver si otros sólidos reaccionan de la misma manera que el oro en futuros estudios, así como explorando aún más la catástrofe de entropía: esencialmente redibujando la tabla de cuándo los sólidos ya no pueden existir como sólidos.
“Tal vez pensamos que lo resolvimos en la década de 1980 con este límite de sobrecalentamiento, pero ahora creo que es una pregunta abierta nuevamente”, dijo el físico Thomas White, de la Universidad de Nevada, a Alex Wilkins a Nuevo científico.
“¿Qué tan caliente puedes hacer algo antes de que se derrita?”
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.